KR20130018938A - Metal complex dye, photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
하기 식 (I) 으로 나타내는 구조의 리간드 LL1 을 함유하는 금속 착물 색소:
[식 중, R1 및 R2 는 특정의 치환기를 나타내고; L1 및 L2 는 에테닐렌기, 에티닐렌기 및 아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종의 기로 이루어진 기를 나타내고, R1 또는 R2 및 바이피리딘과 공액하고 있고; 에테닐렌기 및 아릴렌기는 치환 또는 치환되어 있지 않을 수 있고; R3 및 R4 는 치환기를 나타내고; n1 및 n2 는 0 내지 3 의 정수를 나타내고; A1 및 A2 는 산성기 또는 그 염을 나타내고; n3 및 n4 는 0 내지 3 의 정수를 나타낸다].Metal complex dye containing ligand LL1 of the structure represented by following formula (I):
[Wherein, R 1 and R 2 represent a specific substituent; L 1 and L 2 represent a group consisting of at least one group selected from the group consisting of an ethenylene group, an ethynylene group and an arylene group, and are conjugated with R 1 or R 2 and bipyridine; The ethenylene group and the arylene group may be substituted or unsubstituted; R 3 and R 4 represent a substituent; n1 and n2 represent integers of 0 to 3; A 1 and A 2 represent an acid group or a salt thereof; n3 and n4 represent the integer of 0-3.
Description
본 발명은 내구성 및 광전 변환 특성이 뛰어난 금속 착물 색소, 이것을 증감 색소로서 사용하여 제조한 반도체 미립자를 함유하는 광전 변환 소자, 및 이러한 광전 변환 소자를 사용한 색소 증감 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a metal complex dye having excellent durability and photoelectric conversion characteristics, a photoelectric conversion element containing semiconductor fine particles produced by using the same as a sensitizing dye, and a dye-sensitized solar cell using such a photoelectric conversion element.
태양광 발전에 사용되는 태양전지로서, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 아모르퍼스 실리콘, 또는 텔루르화 카드뮴 또는 셀렌화 인듐 구리 등의 화합물로 이루어지는 태양전지가 주된 연구 개발의 대상이 되어 그 일부는 실용화되고 있다. 그러나, 이들 태양전지를 가정용 전원 등의 용도로서 널리 보급시키기에는, 이들 태양전지에는, 염가로 제조하는 것이나 원료의 확보가 곤란한 것, 및 또한 에너지 페이백 타임이 긴 것 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 극복할 필요가 있다. 한편, 집광 부분의 대면적화 및 염가로 전지를 제공하는 것을 목적으로 하여, 유기 재료를 사용하여 제조한 태양전지도 많이 제안되어 왔다. 그러나, 지금까지 적용되어 온 태양전지에서는, 일반적으로 변환 효율이 낮고 내구성이 나쁜 경우가 많았다.As solar cells used in solar power generation, solar cells made of a compound such as monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, or a compound such as cadmium telluride or indium copper selenide have been the subject of major research and development, and some of them have been put into practical use. . However, in order to spread these solar cells widely for applications such as household power sources, these solar cells have problems such as low cost manufacturing, difficulty in securing raw materials, and long energy payback time. There is a need to overcome these problems. On the other hand, many solar cells manufactured using organic materials have been proposed for the purpose of providing a battery at a large area of the light condensing portion and at a low cost. However, in the solar cells which have been applied so far, the conversion efficiency is generally low and the durability is often poor.
이와 같은 상황하에, 루테늄 착물 색소에 의해 분광적으로 증감된 이산화 티탄 다공질 박막을 작용 전극으로 하는 습식 광전 변환 소자 및 태양전지, 그리고 이것의 제조를 위한 재료 및 제조 기술이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 2, 및 비특허문헌 1 참조). 이들 문헌에 기재된 습식 광전 변환 소자의 제 1 의 이점은, 이산화 티탄 등의 염가의 산화물 반도체를 고순도로 정제하지 않고 사용할 수 있기 때문에 염가로 광전 변환 소자를 제공할 수 있다는 점에 있다. 이들 습식 광전 변환 소자의 제 2 의 이점은, 사용하는 색소가 광범위의 파장역의 광을 흡수할 수 있기 때문에, 가시광선의 거의 모든 파장 영역의 광을 흡수하여 전기로 변환할 수 있다는 점이다.Under such circumstances, a wet photoelectric conversion element and a solar cell using a titanium dioxide porous thin film spectroscopically sensitized by a ruthenium complex dye as a working electrode, and materials and manufacturing techniques for producing the same have been proposed (for example, , Patent Documents 1 and 2, and Non-Patent Document 1). A first advantage of the wet photoelectric conversion elements described in these documents is that inexpensive oxide semiconductors such as titanium dioxide can be used without high purity purification, so that photoelectric conversion elements can be provided at low cost. The second advantage of these wet photoelectric conversion elements is that since the dye used can absorb light in a wide range of wavelengths, it can absorb light in almost all wavelength ranges of visible light and convert it into electricity.
현재까지, 광전 변환 소자에 사용되는 금속 착물 색소로서 N719, Z907, J2 등이 개발되고 있다. N719 를 사용하여 제조한 광전 변환 소자는 처음에는 높은 광전 변환 효율을 나타낸다. 그러나, 사용 후의 변환 효율의 저하가 크고, 전지의 내구성에 문제가 있다. 이에 반해, Z907 을 사용하여 제조한 광전 변환 소자는 사용 후의 변환 효율의 저하가 적다. 그러나, Z907 은, N719 와 비교해, 광전 변환 효율의 초기치 자체가 낮다.Until now, N719, Z907, J2, etc. are developed as a metal complex dye used for a photoelectric conversion element. The photoelectric conversion element manufactured using N719 initially shows high photoelectric conversion efficiency. However, the fall of conversion efficiency after use is large, and there exists a problem in durability of a battery. On the other hand, the photoelectric conversion element manufactured using Z907 has little fall of conversion efficiency after use. However, Z907 has a low initial value itself of photoelectric conversion efficiency compared with N719.
또한, 특정의 구조를 갖는 금속 착물 색소에 의해 증감된 반도체 미립자를 포함하는 광전 변환 소자가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 3 참조). 그러나, 내구성이라는 점에서는, 특허문헌 3 에 기재된 광전 변환 소자라도 충분하지 않다. 또, 초기 변환 효율이 높은 색소로서 J2 가 개발되었다 (특허문헌 4). 그러나, 광전 변환 소자는 J2 의 초기 변환 효율과 내구성을 가지더라도 충분하지 않다.Moreover, the photoelectric conversion element containing the semiconductor fine particle sensitized with the metal complex dye which has a specific structure is proposed (for example, refer patent document 3). However, in terms of durability, the photoelectric conversion element described in Patent Document 3 is not sufficient. Moreover, J2 was developed as a pigment | dye with high initial stage conversion efficiency (patent document 4). However, the photoelectric conversion element is not sufficient even if it has the initial conversion efficiency and durability of J2.
따라서, 변환 효율 등의 광전 변환 특성, 및 장기간에 걸친 사용 후에도 광전 변환 특성의 저하가 적어 내구성이 뛰어난 색소, 이것을 증감 색소로서 사용하여 제조한 광전 변환 소자, 및 이러한 광전 변환 소자로 이루어지는 색소 증감 태양전지가 필요하게 되었다.Therefore, a photoelectric conversion characteristic such as conversion efficiency, and a dye excellent in durability after a long period of use, and excellent in durability, a photoelectric conversion element produced by using this as a sensitizing dye, and a dye sensitized embodiment composed of such a photoelectric conversion element Battery needed.
본 발명의 과제는, 변환 효율 등의 광전 변환 특성과 장기간에 걸친 사용 후에도 광전 변환 특성의 저하가 적어 내구성이 뛰어난 금속 착물 색소; 이것을 증감 색소로서 사용하여 제조한 광전 변환 소자; 및 이러한 광전 변환 소자로 이루어지는 색소 증감 태양전지를 제공하는 것에 있다.The subject of this invention is a metal complex pigment | dye which is excellent in durability, since the photoelectric conversion characteristics, such as conversion efficiency, and the fall of a photoelectric conversion characteristic are small even after using for a long time; Photoelectric conversion element manufactured using this as a sensitizing dye; And a dye-sensitized solar cell made of such a photoelectric conversion element.
본 발명자들은 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 특정의 치환기를 함유하는 특정의 바이피리딘 리간드를 갖는 금속 착물 색소가, 내구성 및 광전 변환 특성이 우수하고, 이것을 증감 색소로서 사용하여 제조한 반도체 미립자를 함유하는 광전 변환 소자를 사용하여 제조한 색소 증감 태양전지가 우수한 변환 효율 및 내구성을 만족하는 것을 알아냈다. 본 발명은 이러한 견지에 근거하여 달성되었다.The present inventors earnestly examined. As a result, a metal complex dye having a specific bipyridine ligand containing a specific substituent is excellent in durability and photoelectric conversion properties, and is produced using a photoelectric conversion element containing semiconductor fine particles produced using this as a sensitizing dye. One dye-sensitized solar cell was found to satisfy excellent conversion efficiency and durability. The present invention has been accomplished based on this point of view.
본 발명의 과제는 이하의 수단에 의해 해결될 수 있다.The problem of the present invention can be solved by the following means.
<1> 하기 식 (I) 로 나타내는 구조를 갖는 리간드 LL1 을 포함하는 금속 착물 색소:Metal complex dye containing ligand LL1 which has a structure represented by <1> following formula (I):
[식 중, [Wherein,
R1 및 R2 는 각각 독립적으로 하기 식 (II) 내지 (VIII) 중 어느 것으로 나타내는 기를 나타내고;R 1 and R 2 each independently represent a group represented by any one of the following formulas (II) to (VIII);
L1 및 L2 는 각각 독립적으로 에테닐렌기, 에티닐렌기 및 아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종의 기로 이루어진 기를 나타내며, R1 또는 R2 및 바이피리딘과 공액 (conjugation) 하고 있고; 에테닐렌기 및 아릴렌기는 치환되거나 치환되어 있지 않을 수 있고;L 1 and L 2 each independently represent a group consisting of at least one group selected from the group consisting of an ethenylene group, an ethynylene group and an arylene group, and are conjugated with R 1 or R 2 and bipyridine; The ethenylene group and the arylene group may be substituted or unsubstituted;
R3 및 R4 는 각각 독립적으로 치환기를 나타내고; n1 및 n2 는 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타내고; n1 이 1 이상의 정수인 경우 R3 은 L1 과 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n2 가 1 이상의 정수인 경우 R4 는 L2 와 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n1 이 2 이상의 정수인 경우 R3 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 또는 R3 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n2 가 2 이상의 정수인 경우 R4 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 또는 R4 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n1 및 n2 가 각각 1 이상의 정수인 경우, R3 과 R4 는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;R 3 and R 4 each independently represent a substituent; n1 and n2 each independently represent an integer of 0 to 3; when n1 is an integer of 1 or more, R 3 may combine with L 1 to form a ring; when n2 is an integer of 1 or more, R 4 may combine with L 2 to form a ring; when n1 is an integer of 2 or more, R 3 may be the same as or different from each other, or R 3 may combine with each other to form a ring; when n2 is an integer of 2 or more, R 4 may be the same or different from each other, or R 4 may combine with each other to form a ring; when n1 and n2 are each an integer of 1 or more, R 3 and R 4 may combine with each other to form a ring;
A1 및 A2 는 각각 독립적으로 산성기 또는 그 염을 나타내고; n3 및 n4 는 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타낸다;A 1 and A 2 each independently represent an acid group or a salt thereof; n3 and n4 each independently represent an integer of 0 to 3;
(식 중,(Wherein,
R5, R8, R13, R16 및 R19 는 각각 독립적으로, 각각 치환기를 가질 수 있는 알키닐기 또는 아릴기를 나타내고; R 5 , R 8 , R 13 , R 16 and R 19 each independently represent an alkynyl group or an aryl group which may each have a substituent;
R6, R9 내지 R12, R14, R15, R17, R18, R20 내지 R23, R25, R26 및 R28 내지 R31 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴기, 아릴옥시기, 아릴티오기, 아미노기, 헤테로고리기, 또는 할로겐 원자를 나타내고; R25 및 R26 중 적어도 하나는 알킬기를 나타내고;R 6 , R 9 to R 12 , R 14 , R 15 , R 17 , R 18 , R 20 to R 23 , R 25 , R 26 and R 28 to R 31 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, An alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group, an amino group, a heterocyclic group, or a halogen atom; At least one of R 25 and R 26 represents an alkyl group;
R7 은 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬티오기 또는 할로겐 원자를 나타내고;R 7 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylthio group or a halogen atom;
R6 과 R7, R9 내지 R12 중 어느 것, R14 와 R15, R17 과 R18, R20 내지 R23 중 어느 것, R25 와 R26, 및 R28 내지 R31 중 어느 것은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;Any of R 6 and R 7 , R 9 to R 12 , any of R 14 and R 15 , R 17 and R 18 , R 20 to R 23 , any of R 25 and R 26 , and R 28 to R 31 May combine with each other to form a ring;
동일 특성기 중에 존재하는 2 개의 R24 및 2 개의 R27 은 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 각각은 수소 원자, 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내나, 복수의 R24 또는 복수의 R27 은 서로 결합하여 고리를 형성하지는 않으며;Two R 24 and two R 27 present in the same group may be the same or different from each other, and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group or an alkynyl group, but a plurality of R 24 or a plurality of R 27 Do not combine with each other to form a ring;
m1 내지 m6 은 각각 독립적으로 1 내지 5 의 정수를 나타내고;m1 to m6 each independently represent an integer of 1 to 5;
Y 는 S, O, Se, Te 또는 NR32 를 나타내고; X 는 S, Se, Te 또는 NR32 를 나타내고; R32 는 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알케닐기, 아릴기, 또는 헤테로고리기를 나타낸다)].Y represents S, O, Se, Te or NR 32 ; X represents S, Se, Te or NR 32 ; R 32 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkenyl group, an aryl group, or a heterocyclic group).
<2> 상기 식 (I) 의 L1 및 L2 가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 에테닐렌기 및/또는 에티닐렌기를 나타내며, R1 또는 R2 및 바이피리딘과 공액하고 있는, 상기 <1> 에 기재된 금속 착물 색소.<2> in the above formula (I) of L 1 and L 2 are each independently a substituted or unsubstituted ethenyl group and / or represents an ethynylene to, conjugated with R 1 or R 2 and bipyridine, the <1> The metal complex pigment | dye of description.
<3> 하기 식 (IX) 으로 나타내어지는, 상기 <1> 또는 <2> 에 기재된 금속 착물 색소:Metal complex dye as described in said <1> or <2> represented by <3> following formula (IX):
M(LL1)(LL2)(Z)p·CI 식 (IX)M (LL1) (LL2) ( Z) p · CI formula (IX)
[식 중, M 은 금속 원자를 나타내고; LL1 은 식 (I) 에서의 LL1 과 동일 의미이고; LL2 는 하기 식 (X) 으로 나타내는 리간드를 나타내고; Z 는 한자리 (monodentate) 또는 두자리 (bidentate) 리간드를 나타내고; p 는 0 내지 2 의 정수를 나타내고;[Wherein M represents a metal atom; LL1 has the same meaning as LL1 in formula (I); LL2 represents a ligand represented by the following formula (X); Z represents a monodentate or bidentate ligand; p represents an integer of 0 to 2;
CI 는 식 (IX) 에서 전하를 중화시키기 위해 카운터 이온이 필요한 경우의 카운터 이온을 나타낸다; CI represents the counter ion when counter ions are needed to neutralize the charge in formula (IX);
(식 중, (Wherein,
R33 및 R34 는 각각 독립적으로 치환기를 나타내고; n5 및 n6 은 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타내고; n5 가 2 이상의 정수인 경우 R34 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R34 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n6 이 2 이상의 정수인 경우 R33 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R33 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n5 및 n6 이 각각 1 이상의 정수인 경우 R33 과 R34 는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;R 33 and R 34 each independently represent a substituent; n5 and n6 each independently represent an integer of 0 to 3; when n5 is an integer of 2 or more, R 34 may be the same as or different from each other, or R 34 may combine with each other to form a ring; when n6 is an integer of 2 or more, R 33 may be the same as or different from each other, or R 33 may be bonded to each other to form a ring; when n5 and n6 are each an integer of 1 or more, R 33 and R 34 may combine with each other to form a ring;
A3 및 A4 는 각각 독립적으로 산성기를 나타내고; n7 및 n8 은 각각 독립적으로 1 내지 4 의 정수를 나타낸다)].A 3 and A 4 each independently represent an acidic group; n7 and n8 each independently represent an integer of 1 to 4).
<4> 상기 식 (IX) 의 금속 원소 M 이 Ru, Re, Rh, Pt, Fe, Os, Cu, Ir, Pd, W 또는 Co 인, 상기 <3> 에 기재된 금속 착물 색소.The metal complex dye as described in said <3> whose metal element M of <4> Formula (IX) is Ru, Re, Rh, Pt, Fe, Os, Cu, Ir, Pd, W or Co.
<5> 상기 식 (IX) 의 금속 원소 M 이 Ru 인, 상기 <3> 에 기재된 금속 착물 색소.Metal complex dye as described in said <3> whose metal element M of <5> above-mentioned Formula (IX) is Ru.
<6> 상기 식 (II) 내지 (VIII) 의 Y 가 S 인, 상기 <1> 내지 <5> 중 의 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소.<6> The metal complex dye according to any one of <1> to <5>, wherein Y in Formulas (II) to (VIII) is S.
<7> 상기 리간드 LL2 가 하기 식 (XI) 으로 나타내는 리간드인, 상기 <3> 내지 <6> 중 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소:<7> The metal complex dye according to any one of <3> to <6>, wherein the ligand LL2 is a ligand represented by the following Formula (XI):
[식 중,[Wherein,
A5 및 A6 은 각각 독립적으로 산성기를 나타내고; R35 및 R36 은 각각 독립적으로 치환기를 나타내고; n9 및 n10 은 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타내고; n9 가 2 이상의 정수인 경우 R35 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R35 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n10 이 2 이상의 정수인 경우 R36 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R36 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n9 및 n10 이 각각 1 이상의 정수인 경우 R35 와 R36 은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다].A 5 and A 6 each independently represent an acid group; R 35 and R 36 each independently represent a substituent; n9 and n10 each independently represent an integer of 0 to 3; when n9 is an integer of 2 or more, R 35 may be the same as or different from each other, or R 35 may be bonded to each other to form a ring; when n10 is an integer of 2 or more, R 36 may be the same as or different from each other, or R 36 may combine with each other to form a ring; when n9 and n10 are each an integer of 1 or more, R 35 and R 36 may combine with each other to form a ring].
<8> 상기 리간드 LL2 가 하기 식 (XII) 으로 나타내는 리간드인, 상기 <3> 내지 <6> 중 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소:<8> The metal complex dye according to any one of <3> to <6>, wherein the ligand LL2 is a ligand represented by the following Formula (XII):
[식 중, A7 및 A8 은 각각 독립적으로 카르복실기 또는 그 염을 나타낸다].[Wherein, A 7 and A 8 each independently represent a carboxyl group or a salt thereof].
<9> 상기 리간드 LL1 의 R1 및 R2 가 각각 식 (II), 식 (VII) 및 식 (VIII) 중 어느 것으로 나타내는 기인, 상기 <1> 내지 <8> 중 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소.<9> The metal complex according to any one of <1> to <8>, wherein R 1 and R 2 of the ligand LL1 are groups represented by any of formulas (II), (VII), and (VIII), respectively. Pigment.
<10> 상기 리간드 LL1 의 L1 및 L2 가 각각 비치환의 에테닐렌기인, 상기 <1> 내지 <9> 중 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소.<10> The metal complex dye according to any one of <1> to <9>, wherein L 1 and L 2 of the ligand LL1 are each an unsubstituted ethenylene group.
<11> 상기 식 (IX) 으로 나타내는 금속 착물 색소가 하기 식 (XIII) 내지 (XV) 중 어느 것으로 나타내어지는, 상기 <3> 내지 <10> 중 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소:The metal complex dye in any one of said <3>-<10> with which the metal complex dye represented by <11> above-mentioned Formula (IX) is represented by any of following formula (XIII)-(XV):
[식 중,[Wherein,
A9, A10, A11, A12, A13 및 A14 는 각각 독립적으로 카르복실기 또는 그 염을 나타내고; R200 및 R203 은 각각 식 (II) 의 R5 와 동일 의미이고; R202, R205, R207, R208, R210, R211, R213 내지 R216 및 R218 내지 R221 은 각각 식 (II) 의 R6 과 동일 의미이고; R207 과 R208 중 적어도 하나는 알킬기이고; R210 과 R211 중 적어도 하나는 알킬기이고;A 9 , A 10 , A 11 , A 12 , A 13 and A 14 each independently represent a carboxyl group or a salt thereof; R 200 and R 203 each have the same meaning as R 5 in formula (II); R 202 , R 205 , R 207 , R 208 , R 210 , R 211 , R 213 to R 216 and R 218 to R 221 each have the same meaning as R 6 in formula (II); At least one of R 207 and R 208 is an alkyl group; At least one of R 210 and R 211 is an alkyl group;
R201 및 R204 는 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬티오기 또는 할로겐 원자를 나타내고;R 201 and R 204 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylthio group or a halogen atom;
R201 과 R202, R204 와 R205, R207 과 R208, R210 과 R211, R213 내지 R216 중 어느 것, 및 R218 내지 R221 중 어느 것은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;R 201 and R 202 , R 204 and R 205 , R 207 and R 208 , R 210 and R 211 , any of R 213 to R 216 , and any of R 218 to R 221 may combine with each other to form a ring. There is;
R206 및 R209 는 각각 식 (VII) 의 R24 와 동일 의미이고; R212 및 R217 은 각각 식 (VIII) 의 R27 과 동일 의미이고;R 206 and R 209 each have the same meaning as R 24 in formula (VII); R 212 and R 217 each have the same meaning as R 27 in formula (VIII);
m7 내지 m10 은 각각 독립적으로 1 내지 5 의 정수를 나타내고;m7 to m10 each independently represent an integer of 1 to 5;
Z 는 한자리 또는 두자리 리간드를 나타내고; q1 내지 q3 은 각각 독립적으로 1 내지 2 의 정수를 나타낸다]. Z represents a single or bidentate ligand; q1 to q3 each independently represent an integer of 1 to 2].
<12> 식 (IX) 으로 나타내는 금속 착물 색소가 식 (XIII) 또는 식 (XV) 으로 나타내어지는, 상기 <11> 에 기재된 금속 착물 색소.The metal complex dye as described in said <11> whose metal complex dye represented by <12> Formula (IX) is represented by Formula (XIII) or Formula (XV).
<13> 식 (IX) 으로 나타내는 금속 착물 색소가 식 (XIII) 으로 나타내어지는, 상기 <11> 에 기재된 금속 착물 색소.The metal complex dye as described in said <11> whose metal complex dye represented by <13> Formula (IX) is represented by Formula (XIII).
<14> 상기 Z 가 이소티오시아네이트, 이소시아네이트 또는 이소셀레노시아네이트인, 상기 <3> 내지 <13> 중 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소. <14> The metal complex dye according to any one of <3> to <13>, wherein Z is isothiocyanate, isocyanate or isocelenocyanate.
<15> 상기 <1> 내지 <14> 중 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소에 의해 증감된 반도체 미립자를 포함하는 광전 변환 소자.<15> The photoelectric conversion element containing the semiconductor fine particle sensitized with the metal complex dye in any one of said <1>-<14>.
<16> 복수의 색소에 의해 증감된 반도체 미립자를 포함하고, 그 중 적어도 하나는 상기 <1> 내지 <14> 중 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소인 광전 변환 소자.The photoelectric conversion element containing the semiconductor fine particle sensitized with the <16> some pigment | dye, and at least one of them is a metal complex dye in any one of said <1>-<14>.
<17> 상기 복수의 색소 중 적어도 하나가, 가장 장파측의 최대 흡수 파장이 THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용액 중에서 600 nm 이상인, 상기 <16> 에 기재된 광전 변환 소자.At least one of the plurality of dyes has a maximum absorption wavelength at a longest wave side of 600 nm or more in a THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solution. The photoelectric conversion element described.
<18> 도전성 지지체; 및<18> conductive supports; And
상기 도전성 지지체의 도전성 표면을 피복하도록 배치된 반도체층을 포함하고;A semiconductor layer disposed to cover the conductive surface of the conductive support;
상기 반도체층의 반도체 입자의 표면에 상기 <1> 내지 <14> 중 어느 한 항에 기재된 금속 착물 색소, 및 1 개의 카르복실기 또는 그 염을 갖는 공흡착제가 담지되어 있는 광전 변환 소자.The photoelectric conversion element in which the metal complex dye in any one of said <1>-<14>, and the coadsorption agent which has one carboxyl group or its salt are supported on the surface of the semiconductor particle of the said semiconductor layer.
<19> 상기 공흡착제가 하기 식 (XVI) 으로 나타내어지는, 상기 <18> 에 기재된 광전 변환 소자:The photoelectric conversion element as described in said <18> whose <19> above-mentioned coadsorption agent is represented by following formula (XVI):
[식 중, Ra 는 1 개만의 산성기 또는 그 염을 갖는 알킬기를 나타내고; Rb 는 치환기를 나타내고; n 은 0 이상의 정수를 나타내고; n 이 2 이상의 정수인 경우 복수의 Rb 는 서로 동일하거나 상이할 수 있다].[Wherein Ra represents an alkyl group having only one acidic group or a salt thereof; Rb represents a substituent; n represents an integer of 0 or more; when n is an integer of 2 or more, a plurality of Rb may be the same or different from each other].
<20> 상기 <15> 내지 <19> 중 어느 한 항에 기재된 광전 변환 소자를 포함하는 색소 증감 태양전지.<20> The dye-sensitized solar cell containing the photoelectric conversion element in any one of said <15>-<19>.
본 발명에 따르면, 변환 효율 등의 광전 변환 특성, 및 장기간에 걸친 사용 후에도 광전 변환 특성의 저하가 적어 내구성이 뛰어난 금속 착물 색소; 이것을 증감 색소로서 사용하여 제조한 광전 변환 소자; 및 이러한 광전 변환 소자로 이루어지는 색소 증감 태양전지를 수득할 수 있다.According to the present invention, a metal complex dye having excellent durability due to less photoelectric conversion characteristics such as conversion efficiency and a decrease in photoelectric conversion characteristics even after long-term use; Photoelectric conversion element manufactured using this as a sensitizing dye; And the dye-sensitized solar cell which consists of such a photoelectric conversion element can be obtained.
본 발명의 다른 추가의 특징 및 이점은 첨부한 도면을 적절히 참조하여 하기의 설명으로부터 보다 충분히 밝혀질 것이다.Other additional features and advantages of the present invention will become more fully apparent from the following description with appropriate reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 광전 변환 소자의 예시적 구현예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an exemplary embodiment of a photoelectric conversion element according to the present invention.
본 발명자들은 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 특정의 치환기를 함유하는 특정의 바이피리딘 리간드를 갖는 금속 착물 색소 (이후, 단순히 색소라고도 함) 가 내구성 및 광전 변환 특성에 있어서 우수하고, 이것을 증감 색소로서 사용하여 제조한 반도체 미립자를 함유하는 광전 변환 소자를 사용하여 제조한 색소 증감 태양전지가 우수한 변환 효율 및 내구성을 만족하는 것을 알아냈다. 본 발명은 이러한 견지에 근거하여 달성된다.The present inventors earnestly examined. As a result, the metal complex dye (hereinafter simply referred to as a dye) having a specific bipyridine ligand containing a specific substituent is excellent in durability and photoelectric conversion properties, and contains semiconductor fine particles prepared by using it as a sensitizing dye. It was found that the dye-sensitized solar cell manufactured using the photoelectric conversion element described above satisfies the excellent conversion efficiency and durability. The present invention is accomplished based on this point of view.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 광전 변환 소자 (10) 는 도전성 지지체 (1); 및 상기 도전성 지지체 (1) 상에 순서대로 배치된, 감광체층 (2) ("반도체막" 또는 "반도체층" 이라고도 함), 전하 이동체층 (3), 및 대전극 (4) 을 포함하는 것이다. 상기 도전성 지지체 (1) 와 감광체층 (2) 은 수광 전극 (5) 을 구성한다. 상기 감광체층 (2) 은 반도체 미립자 (22) 와 증감 색소 (이후, 단순히 "색소" 라고도 함) (21) 를 갖는다. 증감 색소 (21) 는 그 적어도 일부가 반도체 미립자 (22) 에 흡착되어 있다 (증감 색소 (21) 는 흡착 평형 상태에 있으며, 일부는 전하 이동체층 (3) 에 존재할 수 있다). 전하 이동체층 (3) 은, 예를 들어 정공 (홀) 을 수송하는 정공 수송층으로서 기능할 수 있다. 감광체층 (2) 이 형성되어 있는 도전성 지지체 (1) 는, 광전 변환 소자 (10) 에 있어서 작용 전극으로서 기능한다. 이 광전 변환 소자 (10) 는 외부 회로 (6) 에서 일하게 될 수 있어 광전기화학 전지 (100) 로서 작동될 수 있다.As shown in FIG. 1, the
상기 수광 전극 (5) 은, 도전성 지지체 (1); 및 상기 도전성 지지체 (1) 상에 도포되는, 증감 색소 (21) 가 흡착되어 있는 반도체 미립자 (22) 를 함유하는 감광체층 (2) 을 포함하는 전극이다. 감광체층 (2) 에 입사한 광은 색소를 여기시킨다. 여기된 색소는 에너지가 높은 전자를 가져, 이들 전자가 증감 색소 (21) 로부터 반도체 미립자 (22) 의 전도대로 이동하고 나아가 확산에 의해 도전성 지지체 (1) 에 도달한다. 이때, 증감 색소 (21) 의 분자는 산화체가 된다; 그러나, 광전기화학 전지 (100) 에서는, 전극 상의 전자가 외부 회로 (6) 에서 일하면서 산화물로 되돌아오며, 이때 수광 전극 (5) 은 이 전지의 음극으로서 일한다.The light receiving electrode 5 includes a conductive support 1; And the photoconductor layer 2 containing the
상기 감광체층 (2) 은 후술하는 색소가 흡착된 반도체 미립자 (22) 의 층으로 이루어지는 다공질 반도체층을 포함한다. 이 색소는 일부가 전해질 중에 해리되어 있을 수 있다. 감광체층 (2) 은 목적에 따라 설계되며, 다층 구조를 형성할 수 있다.The photoconductor layer 2 includes a porous semiconductor layer made of a layer of semiconductor
상기 서술한 바와 같이, 감광체층 (2) 은, 특정의 색소가 흡착된 반도체 미립자 (22) 를 포함하며, 그에 의해 수광 감도가 높다. 광전기화학 전지 (100) 로서 사용하는 경우에, 높은 광전 변환 효율 및 높은 내구성이 얻어질 수 있다.As mentioned above, the photosensitive member layer 2 contains the semiconductor microparticles | fine-
(A) 금속 착물 색소(A) metal complex pigment
본 발명의 광전 변환 소자는, 하기 식 (I) 으로 나타내는 구조를 갖는 금속 착물 색소에 의해 증감된 반도체 미립자를 함유한다. 또한, 본 발명의 색소 증감 태양전지는 이 광전 변환 소자를 함유한다.The photoelectric conversion element of this invention contains the semiconductor fine particle sensitized with the metal complex dye which has a structure represented by following formula (I). Moreover, the dye-sensitized solar cell of this invention contains this photoelectric conversion element.
상기 식 (I) 중, R1 및 R2 는 각각 독립적으로 하기 식 (II) 내지 (VIII) 중 어느 것으로 나타내는 기를 나타낸다. R1 과 R2 는 서로 동일하거나 상이할 수 있지만, 바람직하게는 R1 과 R2 는 서로 동일하다. R1 및 R2 는 각각 바람직하게는 식 (II) 으로 나타내는 기, 식 (VII) 으로 나타내는 기 또는 식 (VIII) 으로 나타내는 기이고; 더욱 바람직하게는 식 (II) 으로 나타내는 기 또는 식 (VIII) 으로 나타내는 기이며; 특히 바람직하게는 식 (II) 으로 나타내는 기이다.In said formula (I), R <1> and R <2> respectively independently represents the group represented by either of following formula (II)-(VIII). R 1 and R 2 may be the same as or different from each other, but preferably R 1 and R 2 are the same as each other. R 1 and R 2 are each preferably a group represented by formula (II), a group represented by formula (VII) or a group represented by formula (VIII); More preferably, it is group represented by Formula (II) or group represented by Formula (VIII); Especially preferably, it is group represented by Formula (II).
상기 식 (I) 중, L1 및 L2 는 각각 독립적으로 에테닐렌기, 에티닐렌기 및 아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종의 기로 이루어진 기를 나타낸다. L1 및 L2 는 R1 또는 R2 및 바이피리딘과 공액하고 있다. 여기서, 에테닐렌기 및 아릴렌기는 치환되거나 치환되지 않을 수 있다.In said formula (I), L <1> and L <2> respectively independently represents the group which consists of at least 1 sort (s) of group chosen from the group which consists of an ethenylene group, an ethynylene group, and an arylene group. L 1 and L 2 are conjugated with R 1 or R 2 and bipyridine. Here, the ethenylene group and the arylene group may be substituted or unsubstituted.
분자 간의 바람직하지 않은 회합에 의한 변환 효율 저하의 억제의 관점에서, L1 및 L2 는 바람직하게는 에테닐렌기 및/또는 에티닐렌기로 이루어지는 공액 사슬이다. 에테닐렌기는 치환되지 않거나 치환될 수 있다. L1 및 L2 는 각각 특히 바람직하게는 에테닐렌기로 이루어지는 공액 사슬이고, 상기 에테닐렌기는 치환되지 않거나 치환될 수 있다. L1 및 L2 는 각각 가장 바람직하게는 비치환의 에테닐렌으로 이루어지는 공액 사슬이다. L1 및 L2 가 각각 이와 같은 공액 사슬인 경우, 장파장화 및 몰 흡광 계수 증가에 의해 광 흡수 영역 확대의 효과를 얻을 수 있다.From the standpoint of suppression of lowering conversion efficiency due to undesired association between molecules, L1 and L2 are preferably conjugated chains composed of an ethenylene group and / or an ethynylene group. Ethenylene groups may be unsubstituted or substituted. L1 and L2 are each particularly preferably conjugated chains composed of ethenylene groups, and the ethenylene group may be unsubstituted or substituted. L1 and L2 are the conjugated chains which most preferably consist of unsubstituted ethenylene, respectively. When L1 and L2 are each such conjugated chains, the effect of expanding the light absorption region can be obtained by increasing the wavelength and increasing the molar extinction coefficient.
치환 에테닐렌기는 바람직하게는 메틸에테닐렌, 디메틸에테닐렌, 메톡시에테닐렌, 페닐에테닐렌, 4-메톡시페닐에테닐렌 또는 트리플루오로메틸에테닐렌; 더욱 바람직하게는 메틸에테닐렌, 페닐에테닐렌 또는 메톡시에테닐렌; 특히 바람직하게는 메틸에테닐렌이다.Substituted ethenylene groups are preferably methylethenylene, dimethylethenylene, methoxyethenylene, phenylethenylene, 4-methoxyphenylethenylene or trifluoromethylethenylene; More preferably methylethenylene, phenylethenylene or methoxyethylene; Especially preferably, it is methyl ethenylene.
치환 또는 비치환의 아릴렌기는 바람직하게는 핵원자수 6 내지 50, 더욱 바람직하게는 핵원자수 6 내지 30, 특히 바람직하게는 핵원자수 6 내지 18, 가장 바람직하게는 핵원자수 6 내지 12 의 아릴렌기이다. 또한 공액 사슬이 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 경우, 각 이중 결합은 E 이성체 또는 Z 이성체를 형성할 수 있거나, E 이성체와 Z 이성체의 혼합물을 형성할 수 있다. 본 발명에 있어서 핵원자수란 수소 원자 이외의 원자의 수를 의미한다.The substituted or unsubstituted arylene group preferably has 6 to 50 nuclear atoms, more preferably 6 to 30 nuclear atoms, particularly preferably 6 to 18 nuclear atoms, and most preferably 6 to 12 nuclear atoms. Arylene group. In addition, when the conjugated chain includes carbon-carbon double bonds, each double bond may form the E isomer or the Z isomer, or may form a mixture of the E isomer and the Z isomer. In the present invention, the number of nuclear atoms means the number of atoms other than hydrogen atoms.
비치환의 에테닐렌기를 포함하는 공액 사슬은 바람직하게는 에테닐렌 또는 부타디에닐렌이고; 더욱 바람직하게는 에테닐렌이다.The conjugated chain containing an unsubstituted ethenylene group is preferably ethenylene or butadienylene; More preferably ethenylene.
L1 및 L2 의 구체예를 이하에 나타내지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.Although the specific example of L1 and L2 is shown below, this invention is not limited to this.
L-11 내지 L-13 에서, n 은 1 내지 5 의 정수를 나타내고, Me 는 메틸기를 나타낸다.In L-11 to L-13, n represents an integer of 1 to 5 and Me represents a methyl group.
상기 식 (I) 중, R3 및 R4 는 각각 독립적으로 치환기를 나타내고, 그 예로는 하기의 치환기 W 를 들 수 있다. 치환기로서 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로고리기, 알콕시기 또는 아릴옥시기; 더욱 바람직하게는 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 아릴옥시기; 특히 바람직하게는 알킬기 또는 아릴기이다. In said formula (I), R <3> and R <4> represents a substituent each independently, and the following substituent W is mentioned as the example. As a substituent, Preferably, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, or an aryloxy group; More preferably, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or an aryloxy group; Especially preferably, they are an alkyl group or an aryl group.
[치환기 W][Substituent W]
상기한 치환기 (이하, 치환기 W 라 함) 로서는 예를 들어 다음을 들 수 있다: 알킬기 [선형, 분기형, 또는 고리형의 치환 또는 비치환의 알킬기를 나타내고, 이로는 알킬기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 30 의 알킬기, 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, t-부틸, n-옥틸, 에이코실, 2-클로로에틸, 2-시아노에틸, 또는 2-에틸헥실), 시클로알킬기 (바람직하게는, 탄소수 3 내지 30 의 치환 또는 비치환의 시클로알킬기, 예를 들어 시클로헥실, 시클로펜틸, 4-n-도데실시클로헥실), 바이시클로알킬기 (바람직하게는, 탄소수 5 내지 30 의 치환 또는 비치환의 바이시클로알킬기, 요컨대, 탄소수 5 내지 30 의 바이시클로알칸으로부터 수소 원자를 한 개 제거한 1 가의 기, 예를 들어 바이시클로[1.2.2]헵탄-2-일 또는 바이시클로[2.2.2]옥탄-3-일), 및 3 개 이상의 고리 구조를 갖는 트리시클로 이상의 구조를 포함하며; 후술하는 치환기 내의 알킬기 (예를 들어 알킬티오기의 알킬기) 도 이러한 상기 개념의 알킬기를 나타낸다]; 알케닐기 [선형, 분기형 또는 고리형의 치환 또는 비치환의 알케닐기를 나타내고, 이로는 알케닐기 (바람직하게는 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알케닐기, 예를 들어 비닐, 알릴, 프레닐, 게라닐, 또는 올레일), 시클로알케닐기 (바람직하게는, 탄소수 3 내지 30 의 치환 또는 비치환의 시클로알케닐기, 요컨대, 탄소수 3 내지 30 의 시클로알켄으로부터 수소 원자를 한 개 제거한 1 가의 기, 예를 들어 2-시클로펜텐-1-일 또는 2-시클로헥센-1-일), 및 바이시클로알케닐기 (치환 또는 비치환의 바이시클로알케닐기, 바람직하게는 탄소수 5 내지 30 의 치환 또는 비치환의 바이시클로알케닐기, 요컨대 이중 결합을 한 개 갖는 바이시클로알켄으로부터 수소 원자를 한 개 제거한 1 가의 기, 예를 들어 바이시클로[2.2.1]헵트-2-엔-1-일 또는 바이시클로[2.2.2]옥트-2-엔-4-일) 을 포함한다]; 알키닐기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30의 치환 또는 비치환의 알키닐기, 예를 들어 에티닐, 프로파르길, 또는 트리메틸실릴에티닐); 아릴기 (바람직하게는 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴기, 예를 들어 페닐, 4-메톡시페닐, p-톨릴, 나프틸, m-클로로페닐, 또는 o-헥사데카노일아미노페닐);Examples of the substituents (hereinafter referred to as substituents W) include the following: Alkyl group [It represents a linear, branched, or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group, and this is an alkyl group (preferably having 1 to C). An alkyl group of 30, for example methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, or 2-ethylhexyl), cycloalkyl group ( Preferably, a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, for example cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl), a bicycloalkyl group (preferably, substituted with 5 to 30 carbon atoms or An unsubstituted bicycloalkyl group, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom from a bicycloalkane having 5 to 30 carbon atoms, for example bicyclo [1.2.2] heptan-2-yl or bicyclo [2.2.2] Octane-3-yl), and three or more ring structures Tricyclo or more structure having; Alkyl group (for example, alkyl group of alkylthio group) in a substituent mentioned later also represents the alkyl group of this said concept]; Alkenyl groups [linear, branched or cyclic substituted or unsubstituted alkenyl groups, which include alkenyl groups (preferably substituted or unsubstituted alkenyl groups having 2 to 30 carbon atoms, for example vinyl, allyl, prenyl, Geranyl or oleyl), a cycloalkenyl group (preferably a substituted or unsubstituted cycloalkenyl group having 3 to 30 carbon atoms, that is, a monovalent group having one hydrogen atom removed from a cycloalkene having 3 to 30 carbon atoms, eg For example, 2-cyclopenten-1-yl or 2-cyclohexen-1-yl, and a bicycloalkenyl group (substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group, preferably substituted or unsubstituted bicycloalcohol having 5 to 30 carbon atoms Kenyl groups, ie monovalent groups in which one hydrogen atom is removed from a bicycloalkene having one double bond, for example bicyclo [2.2.1] hept-2-en-1-yl or bicyclo [2.2.2 ] Oct- 2-en-4-yl); Alkynyl groups (preferably, substituted or unsubstituted alkynyl groups having 2 to 30 carbon atoms, such as ethynyl, propargyl, or trimethylsilylethynyl); Aryl groups (preferably substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, for example phenyl, 4-methoxyphenyl, p-tolyl, naphthyl, m-chlorophenyl, or o-hexadecanoylaminophenyl) ;
헤테로고리기 (바람직하게는 치환 또는 비치환의 5- 또는 6-원 방향족 또는 비 (非) 방향족 헤테로고리 화합물로부터 수소 원자를 한 개 제거한 1 가의 기; 더욱 바람직하게는, 탄소수 3 내지 30 의 5- 또는 6-원 방향족 헤테로고리기, 예를 들어 2-푸릴, 2-티에닐, 2-피리미디닐, 2-벤조티아졸릴); 실릴기 (바람직하게는, 탄소수 3 내지 30 의 치환 또는 비치환의 실릴기, 예를 들어 트리메틸실릴, t-부틸디메틸실릴, 또는 페닐디메틸실릴); 히드록실기; 알콕시기 (바람직하게는, 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알콕시기, 예를 들어 메톡시, 에톡시, 이소프로폭시, t-부톡시, n-옥틸옥시, 2-메톡시에톡시 또는 2-에틸헥실옥시); 아릴옥시기 (바람직하게는, 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴옥시기, 예를 들어 페녹시, 2-메틸페녹시, 4-t-부틸페녹시, 3-니트로페녹시, 4-헥실페녹시, 2-테트라데카노일아미노페녹시); 헤테로고리 옥시기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 헤테로고리 옥시기, 예를 들어 1-페닐테트라졸-5-옥시, 2-테트라히드로피라닐옥시); 실릴옥시기 (바람직하게는, 탄소수 3 내지 20 의 실릴옥시기, 예를 들어 트리메틸실릴옥시 또는 t-부틸디메틸실릴옥시); 아실옥시기 (바람직하게는 포르밀옥시기, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알킬카르보닐옥시기, 또는 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴카르보닐옥시기, 예를 들어 포르밀옥시, 아세틸옥시, 피발로일옥시, 스테아로일옥시, 벤조일옥시 또는 p-메톡시페닐카르보닐옥시); 카르바모일옥시기 (바람직하게는, 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 카르바모일옥시기, 예를 들어 N,N-디메틸카르바모일옥시, N,N-디에틸카르바모일옥시, 모르폴리노카르보닐옥시, N,N-디-n-옥틸아미노카르보닐옥시, 또는 N-n-옥틸카르바모일옥시);Heterocyclic groups (preferably monovalent groups wherein one hydrogen atom has been removed from a substituted or unsubstituted 5- or 6-membered aromatic or non-aromatic heterocyclic compound; more preferably, 5- to 30 carbon atoms) Or 6-membered aromatic heterocyclic groups such as 2-furyl, 2-thienyl, 2-pyrimidinyl, 2-benzothiazolyl); Silyl groups (preferably, substituted or unsubstituted silyl groups having 3 to 30 carbon atoms such as trimethylsilyl, t-butyldimethylsilyl, or phenyldimethylsilyl); A hydroxyl group; Alkoxy groups (preferably substituted or unsubstituted alkoxy groups having 1 to 30 carbon atoms, for example methoxy, ethoxy, isopropoxy, t-butoxy, n-octyloxy, 2-methoxyethoxy or 2 Ethylhexyloxy); Aryloxy groups (preferably substituted or unsubstituted aryloxy groups having 6 to 30 carbon atoms, for example phenoxy, 2-methylphenoxy, 4-t-butylphenoxy, 3-nitrophenoxy, 4-hexyl Phenoxy, 2-tetradecanoylaminophenoxy); Heterocyclic oxy groups (preferably substituted or unsubstituted heterocyclic oxy groups having 2 to 30 carbon atoms, such as 1-phenyltetrazol-5-oxy, 2-tetrahydropyranyloxy); Silyloxy groups (preferably, silyloxy groups having 3 to 20 carbon atoms such as trimethylsilyloxy or t-butyldimethylsilyloxy); Acyloxy group (preferably formyloxy group, substituted or unsubstituted alkylcarbonyloxy group having 2 to 30 carbon atoms, or substituted or unsubstituted arylcarbonyloxy group having 6 to 30 carbon atoms, for example formyloxy, acetyl Oxy, pivaloyloxy, stearoyloxy, benzoyloxy or p-methoxyphenylcarbonyloxy); Carbamoyloxy groups (preferably substituted or unsubstituted carbamoyloxy groups having 1 to 30 carbon atoms, for example N, N-dimethylcarbamoyloxy, N, N-diethylcarbamoyloxy, morpholinoca Carbonyloxy, N, N-di-n-octylaminocarbonyloxy, or Nn-octylcarbamoyloxy);
알콕시카르보닐옥시기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알콕시카르보닐옥시기, 예를 들어 메톡시카르보닐옥시, 에톡시카르보닐옥시, t-부톡시카르보닐옥시, 또는 n-옥틸카르보닐옥시); 아릴옥시카르보닐옥시기 (바람직하게는, 탄소수 7 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴옥시카르보닐옥시기, 예를 들어 페녹시카르보닐옥시, p-메톡시페녹시카르보닐옥시, 또는 p-n-헥사데실옥시페녹시카르보닐옥시); 아미노기 (바람직하게는, 아미노기, 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알킬아미노기, 또는 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아닐리노기, 예를 들어 아미노, 메틸아미노, 디메틸아미노, 아닐리노, N-메틸-아닐리노, 또는 디페닐아미노); 아실아미노기 (바람직하게는, 포르밀아미노기, 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알킬카르보닐아미노기, 또는 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴카르보닐아미노기, 예를 들어 포르밀아미노, 아세틸아미노, 피발로일아미노, 라우로일아미노, 벤조일아미노, 또는 3,4,5-트리-n-옥틸옥시페닐카르보닐아미노); 아미노카르보닐아미노기 (바람직하게는, 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아미노카르보닐아미노, 예를 들어 카르바모일아미노, N,N-디메틸아미노카르보닐아미노, N,N-디에틸아미노카르보닐아미노, 또는 모르폴리노카르보닐아미노); 알콕시카르보닐아미노기 (바람직하게는 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알콕시카르보닐아미노기, 예를 들어 메톡시카르보닐아미노, 에톡시카르보닐아미노, t-부톡시카르보닐아미노, n-옥타데실옥시카르보닐아미노, 또는 N-메틸-메톡시카르보닐아미노); 아릴옥시카르보닐아미노기 (바람직하게는, 탄소수 7 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴옥시카르보닐아미노기, 예를 들어 페녹시카르보닐아미노, p-클로로페녹시카르보닐아미노, 또는 m-n-옥틸옥시페녹시카르보닐아미노);Alkoxycarbonyloxy groups (preferably substituted or unsubstituted alkoxycarbonyloxy groups having 2 to 30 carbon atoms, for example, methoxycarbonyloxy, ethoxycarbonyloxy, t-butoxycarbonyloxy, or n Octylcarbonyloxy); Aryloxycarbonyloxy group (preferably a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyloxy group having 7 to 30 carbon atoms, for example, phenoxycarbonyloxy, p-methoxyphenoxycarbonyloxy, or pn-hexa Decyloxyphenoxycarbonyloxy); Amino groups (preferably amino groups, substituted or unsubstituted alkylamino groups having 1 to 30 carbon atoms, or substituted or unsubstituted alinino groups having 6 to 30 carbon atoms, for example amino, methylamino, dimethylamino, anilin, N- Methyl-anilino, or diphenylamino); Acylamino group (preferably formylamino group, substituted or unsubstituted alkylcarbonylamino group having 1 to 30 carbon atoms, or substituted or unsubstituted arylcarbonylamino group having 6 to 30 carbon atoms, such as formylamino, acetylamino, Pivaloylamino, lauroylamino, benzoylamino, or 3,4,5-tri-n-octyloxyphenylcarbonylamino); Aminocarbonylamino groups (preferably substituted or unsubstituted aminocarbonylamino having 1 to 30 carbon atoms, for example carbamoylamino, N, N-dimethylaminocarbonylamino, N, N-diethylaminocarbonyl Amino, or morpholinocarbonylamino); Alkoxycarbonylamino groups (preferably substituted or unsubstituted alkoxycarbonylamino groups having 2 to 30 carbon atoms, for example methoxycarbonylamino, ethoxycarbonylamino, t-butoxycarbonylamino, n-octadecyloxy Cycarbonylamino, or N-methyl-methoxycarbonylamino); Aryloxycarbonylamino group (preferably a substituted or unsubstituted aryloxycarbonylamino group having 7 to 30 carbon atoms, for example phenoxycarbonylamino, p-chlorophenoxycarbonylamino, or mn-octyloxyphenoxyca Ribonylamino);
이미도기 (바람직하게는, N-숙신이미도 또는 N-프탈이미도); 아릴- 또는 헤테로고리-아조기 (바람직하게는, 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴 아조기, 또는 탄소수 3 내지 30 의 치환 또는 비치환의 헤테로고리 아조기, 예를 들어 페닐아조, p-클로로페닐아조, 또는 5-에틸티오-1,3,4-티아디아졸-2-일아조); 메르캅토기; 알킬티오기 (바람직하게는, 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알킬티오기, 예를 들어 메틸티오, 에틸티오, 또는 n-헥사데실티오); 아릴티오기 (바람직하게는, 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴티오기, 예를 들어 페닐티오, p-클로로페닐티오, 또는 m-메톡시페닐티오); 헤테로고리 티오기 (바람직하게는 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 헤테로고리 티오기, 예를 들어 2-벤조티아졸릴티오 또는 1-페닐테트라졸-5-일티오); 술포기; 알킬- 또는 아릴-술포닐기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알킬술포닐기, 또는 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴술포닐기, 예를 들어 메틸술포닐기, 에틸술포닐기, 페닐술포닐기, 또는 p-메틸페닐술포닐기); 술파모일기 (바람직하게는, 탄소수 0 내지 30 의 치환 또는 비치환의 술파모일기, 예를 들어 N-에틸술파모일, N-(3-도데실옥시프로필)술파모일, N,N-디메틸술파모일, N-아세틸술파모일, N-벤조일술파모일, 또는 N-(N'-페닐카르바모일)술파모일); 술파모일아미노기 (바람직하게는, 탄소수 0 내지 30 의 치환 또는 비치환의 술파모일아미노기, 예를 들어 술파모일아미노, N,N-디메틸아미노술포닐아미노, 또는 N-n-옥틸아미노술포닐아미노); 술피노기;Imido groups (preferably N-succinimido or N-phthalimido); Aryl- or heterocyclic-azo groups (preferably substituted or unsubstituted aryl azo groups having 6 to 30 carbon atoms, or substituted or unsubstituted heterocyclic azo groups having 3 to 30 carbon atoms, for example phenylazo, p-chlorophenylazo, Or 5-ethylthio-1,3,4-thiadiazol-2-ylazo); A mercapto group; Alkylthio groups (preferably substituted or unsubstituted alkylthio groups having 1 to 30 carbon atoms, for example methylthio, ethylthio, or n-hexadecylthio); Arylthio groups (preferably substituted or unsubstituted arylthio groups having 6 to 30 carbon atoms such as phenylthio, p-chlorophenylthio, or m-methoxyphenylthio); Heterocyclic thio groups (preferably substituted or unsubstituted heterocyclic thio groups such as 2-benzothiazolylthio or 1-phenyltetrazol-5-ylthio); Sulfo group; Alkyl- or aryl-sulfonyl groups (preferably substituted or unsubstituted alkylsulfonyl groups having 1 to 30 carbon atoms, or substituted or unsubstituted arylsulfonyl groups having 6 to 30 carbon atoms, for example methylsulfonyl group, ethylsulfonyl group, phenyl Sulfonyl group or p-methylphenylsulfonyl group); Sulfamoyl groups (preferably substituted or unsubstituted sulfamoyl groups having 0 to 30 carbon atoms, such as N-ethylsulfamoyl, N- (3-dodecyloxypropyl) sulfamoyl, N, N-dimethylsulfamoyl , N-acetylsulfamoyl, N-benzoylsulfamoyl, or N- (N'-phenylcarbamoyl) sulfamoyl); Sulfamoylamino groups (preferably substituted or unsubstituted sulfamoylamino groups having 0 to 30 carbon atoms such as sulfamoylamino, N, N-dimethylaminosulfonylamino, or N-n-octylaminosulfonylamino); Sulfino groups;
알킬- 또는 아릴-술피닐기 (바람직하게는, 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알킬술피닐기, 또는 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴술피닐기, 예를 들어 메틸술피닐, 에틸술피닐, 페닐술피닐, 또는 p-메틸페닐술피닐); 알킬- 또는 아릴-술포닐아미노기 (바람직하게는, 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알킬술포닐아미노기, 또는 탄소수 6 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴술포닐아미노기, 예를 들어 메틸술포닐아미노, 부틸술포닐아미노, 페닐술포닐아미노, 2,3,5-트리클로로페닐술포닐아미노, 또는 p-메틸페닐술포닐아미노); 아실기 (바람직하게는, 포르밀기, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알킬카르보닐기, 탄소수 7 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴카르보닐기, 또는 탄소수 4 내지 30 의 치환 또는 비치환의, 탄소 원자를 통해 카르보닐기와 결합하고 있는 헤테로고리 카르보닐기, 예를 들어 아세틸기, 피발로일기, 2-클로로아세틸기, 스테아로일기, 벤조일기, p-n-옥틸옥시페닐카르보닐기, 2-피리딜카르보닐기, 또는 2-푸릴카르보닐기); 카르복실기; 아릴옥시카르보닐기 (바람직하게는, 탄소수 7 내지 30 의 치환 또는 비치환의 아릴옥시카르보닐기, 예를 들어 페녹시카르보닐, o-클로로페녹시카르보닐, m-니트로페녹시카르보닐, 또는 p-t-부틸페녹시카르보닐); 알콕시카르보닐기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 알콕시카르보닐기, 예를 들어 메톡시카르보닐, 에톡시카르보닐, t-부톡시카르보닐, 또는 n-옥타데실옥시카르보닐); 카르바모일기 (바람직하게는, 탄소수 1 내지 30 의 치환 또는 비치환의 카르바모일기, 예를 들어 카르바모일, N-메틸카르바모일, N,N-디메틸카르바모일, N,N-디-n-옥틸카르바모일 또는 N-(메틸술포닐)카르바모일);Alkyl- or aryl-sulfinyl groups (preferably substituted or unsubstituted alkylsulfinyl groups having 1 to 30 carbon atoms, or substituted or unsubstituted arylsulfinyl groups having 6 to 30 carbon atoms, such as methylsulfinyl, ethylsulfinyl, Phenylsulfinyl, or p-methylphenylsulfinyl); Alkyl- or aryl-sulfonylamino groups (preferably substituted or unsubstituted alkylsulfonylamino groups having 1 to 30 carbon atoms, or substituted or unsubstituted arylsulfonylamino groups having 6 to 30 carbon atoms, for example methylsulfonylamino, Butylsulfonylamino, phenylsulfonylamino, 2,3,5-trichlorophenylsulfonylamino, or p-methylphenylsulfonylamino); Acyl group (preferably a carbonyl group via a formyl group, a substituted or unsubstituted alkylcarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylcarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted carbon atom having 4 to 30 carbon atoms) Heterocyclic carbonyl groups bonded to, for example, acetyl, pivaloyl, 2-chloroacetyl, stearoyl, benzoyl, pn-octyloxyphenylcarbonyl, 2-pyridylcarbonyl, or 2-furylcarbonyl) ; A carboxyl group; Aryloxycarbonyl groups (preferably substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl groups having 7 to 30 carbon atoms, for example phenoxycarbonyl, o-chlorophenoxycarbonyl, m-nitrophenoxycarbonyl, or pt-butylphenoxy Cycarbonyl); Alkoxycarbonyl groups (preferably substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl groups having 2 to 30 carbon atoms, for example, methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, t-butoxycarbonyl, or n-octadecyloxycarbonyl); Carbamoyl groups (preferably substituted or unsubstituted carbamoyl groups having 1 to 30 carbon atoms, for example carbamoyl, N-methylcarbamoyl, N, N-dimethylcarbamoyl, N, N-di- n-octylcarbamoyl or N- (methylsulfonyl) carbamoyl);
포스피노기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 포스피노기, 예를 들어 디메틸포스피노, 디페닐포스피노 또는 메틸페녹시포스피노); 포스피닐기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 포스피닐기, 예를 들어 포스피닐, 디옥틸옥시포스피닐, 또는 디에톡시포스피닐); 포스피닐옥시기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 포스피닐옥시기, 예를 들어 디페녹시포스피닐옥시 또는 디옥틸옥시포스피닐옥시); 포스피닐아미노기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 포스피닐아미노기, 예를 들어 디메톡시포스피닐아미노 또는 디메틸아미노포스피닐아미노); 포스포기; 포스포닐기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 포스포닐기, 예를 들어 포스포닐, 옥틸옥시포스피닐, 메톡시포스포닐, 에톡시포스피닐); 포스포닐옥시기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 포스포닐옥시기, 예를 들어 페녹시포스포닐옥시, 옥틸옥시포스포닐옥시, 또는 에톡시포스포닐옥시); 포스포닐아미노기 (바람직하게는, 탄소수 2 내지 30 의 치환 또는 비치환의 포스포닐아미노기, 예를 들어 메톡시포스포닐아미노, 또는 디메틸아미노포스포닐아미노);Phosphino groups (preferably substituted or unsubstituted phosphino groups having 2 to 30 carbon atoms, for example dimethylphosphino, diphenylphosphino or methylphenoxyphosphino); Phosphinyl groups (preferably substituted or unsubstituted phosphinyl groups having 2 to 30 carbon atoms, such as phosphinyl, dioctyloxyphosphinyl, or diethoxyphosphinyl); Phosphinyloxy groups (preferably substituted or unsubstituted phosphinyloxy groups having 2 to 30 carbon atoms such as diphenoxyphosphinyloxy or dioctyloxyphosphinyloxy); Phosphinylamino groups (preferably substituted or unsubstituted phosphinylamino groups having 2 to 30 carbon atoms, such as dimethoxyphosphinylamino or dimethylaminophosphinylamino); Phospho groups; Phosphonyl groups (preferably substituted or unsubstituted phosphonyl groups having 2 to 30 carbon atoms such as phosphonyl, octyloxyphosphinyl, methoxyphosphonyl, ethoxyphosphinyl); Phosphonyloxy groups (preferably substituted or unsubstituted phosphonyloxy groups having 2 to 30 carbon atoms such as phenoxyphosphonyloxy, octyloxyphosphonyloxy, or ethoxyphosphonyloxy); Phosphonylamino groups (preferably substituted or unsubstituted phosphonylamino groups having 2 to 30 carbon atoms such as methoxyphosphonylamino, or dimethylaminophosphonylamino);
시아노기; 니트로기; 및 할로겐 원자 (예를 들어 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 또는 요오드 원자).Cyano; A nitro group; And halogen atoms (eg fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, or iodine atoms).
상기 치환기는 추가로 치환될 수 있다. 그 경우, 치환기의 예로는 앞서 언급한 치환기 W 를 들 수 있다.The substituent may be further substituted. In that case, the substituent W mentioned above can be mentioned as an example of a substituent.
식 (I) 중, n1 및 n2 는 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타낸다. n1 이 1 이상의 정수인 경우, R3 은 L1 과 결합하여 고리를 형성할 수 있다. n2 가 1 이상의 정수인 경우, R4 는 L2 와 결합하여 고리를 형성할 수 있다. n1 이 2 이상의 정우인 경우, R3 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R3 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. n2 가 2 이상의 정수인 경우 R4 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R4 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. n1 및 n2 가 각각 1 이상의 정수인 경우, R3 과 R4 가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 이들 형성되는 고리의 바람직한 예로는 벤젠 고리, 피리딘 고리, 티오펜 고리, 피롤 고리, 푸란 고리, 시클로헥산 고리, 및 시클로펜탄 고리를 들 수 있다.In formula (I), n1 and n2 respectively independently represent the integer of 0-3. When n1 is an integer of 1 or more, R 3 may combine with L 1 to form a ring. When n2 is an integer of 1 or more, R 4 may combine with L 2 to form a ring. When n1 is two or more bulls, R 3 may be the same as or different from each other, or R 3 may be bonded to each other to form a ring. When n2 is an integer of 2 or more, R 4 may be identical to or different from each other, or R 4 may be bonded to each other to form a ring. When n1 and n2 are each an integer of 1 or more, R 3 and R 4 may be bonded to each other to form a ring. Preferred examples of these formed rings include benzene ring, pyridine ring, thiophene ring, pyrrole ring, furan ring, cyclohexane ring, and cyclopentane ring.
식 (I) 중, n3 및 n4 는 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타낸다. n3 이 2 이상의 정수인 경우 A1 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. n4 가 2 이상의 정수인 경우 A2 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. n3 및 n4 는 각각 바람직하게는 0 내지 2 의 정수, 더욱 바람직하게는 0 또는 1 이다. n3 과 n4 의 합은 0 내지 2 의 정수인 것이 바람직하다.In formula (I), n3 and n4 respectively independently represent the integer of 0-3. When n3 is an integer greater than or equal to 2, A <1> may mutually be same or different. When n4 is an integer greater than or equal to 2 , A <2> may mutually be same or different. n3 and n4 are each preferably integers of 0 to 2, more preferably 0 or 1. It is preferable that the sum of n3 and n4 is an integer of 0-2.
식 (I) 중, A1 및 A2 는 각각 독립적으로 산성기 또는 그의 염을 나타낸다. 본 발명에 있어서, 용어 "산성기" 란 산성기를 구성하는 수소 원자들 중에서 가장 산성이 강한 수소 원자의 pKa 값이 13 이하인 기를 의미한다. 산성기의 예로서는 카르복실산기 (카르복실기), 술폰산기, 포스폰산기, 페놀성 히드록실기, 알킬술포닐아미노기, 인산기, 스쿠아르산 (squaric acid) 기, 실릭산기 및 붕산기를 들 수 있다. 바람직한 예로는 카르복실산기, 술폰산기, 포스폰산기 및 페놀성 히드록실기를 들 수 있고; 더욱 바람직한 예로는 카르복실산기 및 술폰산기를 들 수 있고; 특히 바람직한 예로는 카르복실산기를 들 수 있다.In Formula (I), A 1 and A 2 each independently represent an acid group or a salt thereof. In the present invention, the term " acidic group " means a group having a pKa value of 13 or less of the most acidic hydrogen atom among the hydrogen atoms constituting the acidic group. Examples of acidic groups include carboxylic acid groups (carboxyl groups), sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, phenolic hydroxyl groups, alkylsulfonylamino groups, phosphoric acid groups, squaric acid groups, silicic acid groups and boric acid groups. Preferred examples include carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups and phenolic hydroxyl groups; More preferred examples include carboxylic acid groups and sulfonic acid groups; Particularly preferred examples include carboxylic acid groups.
상기한 산성기의 카운터 이온은 바람직하게는 프로톤, 무기 또는 유기의 암모늄 이온, 또는 알칼리 금속 이온이다. 알칼리 금속으로서는, 나트륨 이온, 칼륨 이온 또는 리튬 이온이 바람직하고; 나트륨 이온 또는 칼륨 이온이 더욱 바람직하고; 나트륨 이온이 특히 바람직하다. 무기 또는 유기의 암모늄 이온의 예로서는, 암모늄 이온 및 피리디늄 이온을 들 수 있다. 무기 또는 유기 암모늄 이온으로는, 암모늄 이온, 및 3 급 또는 4 급 알킬암모늄 이온이 바람직하고; 3 급 또는 4 급 암모늄 이온이 더욱 바람직하고; 4 급 암모늄 이온이 특히 바람직하다. 4 급 암모늄 이온으로는, 테트라메틸암모늄 이온, 테트라에틸암모늄 이온, 테트라부틸암모늄 이온, 또는 테트라헥실암모늄이온이 바람직하고; 테트라부틸암모늄 이온, 또는 테트라헥실암모늄 이온이 더욱 바람직하고; 테트라부틸암모늄 이온이 특히 바람직하다. The counter ions of the above acidic groups are preferably protons, inorganic or organic ammonium ions, or alkali metal ions. As the alkali metal, sodium ions, potassium ions or lithium ions are preferable; More preferred are sodium ions or potassium ions; Sodium ions are particularly preferred. Examples of the inorganic or organic ammonium ions include ammonium ions and pyridinium ions. As inorganic or organic ammonium ion, ammonium ion and tertiary or quaternary alkylammonium ion are preferable; More preferred are tertiary or quaternary ammonium ions; Quaternary ammonium ions are particularly preferred. As quaternary ammonium ion, tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrabutylammonium ion, or tetrahexyl ammonium ion is preferable; More preferred are tetrabutylammonium ions or tetrahexylammonium ions; Tetrabutylammonium ions are particularly preferred.
식 (II) 내지 (VI) 중, R5, R8, R13, R16 및 R19 는 각각 독립적으로 알키닐기 또는 아릴기를 나타낸다. R5, R8, R13, R16 및 R19 는 각각 바람직하게는 알키닐기이다. 통상, 색소 증감 태양전지에서 가장 속도를 결정하는 단계는 레독스계로부터의 색소의 환원 공정이다. 색소는 불안정한 1 전자 산화 상태로 장시간 존재하게 되어, 색소의 분해로 연결된다.In formulas (II) to (VI), R 5 , R 8 , R 13 , R 16 and R 19 each independently represent an alkynyl group or an aryl group. R 5 , R 8 , R 13 , R 16 and R 19 are each preferably an alkynyl group. Typically, the step of determining the most speed in the dye-sensitized solar cell is a reduction process of the dye from the redox system. A pigment | dye exists for a long time in an unstable monoelectron oxidation state, and leads to decomposition | disassembly of a pigment | dye.
알키닐기 및 아릴기의 존재에 의해, 요오드 등의 레독스계로부터의 환원이 순조롭게 진행하는 효과가 얻어질 수 있다. 알키닐기의 삼중 결합 부분은 선형이며, 그 부분의 360 도 주위에 균일하게 π 전자 구름이 위치하여, 전해질 중의 레독스계 (요오드 등) 와 상호작용이 현저히 쉬워지는 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 아릴기는 알키닐기의 경우만큼 주목할 만하지는 않지만 π 전자 구름이 퍼져 동일하게 효과를 발휘할 수 있다.By the presence of an alkynyl group and an aryl group, the effect that the reduction from a redox system such as iodine proceeds smoothly can be obtained. The triple bond portion of the alkynyl group is linear, and the? Electron cloud is uniformly positioned around 360 degrees of the portion, which can exert an effect of easily interacting with the redox system (iodine or the like) in the electrolyte. In addition, the aryl group is not as remarkable as in the case of an alkynyl group, but the π electron cloud can be spread to exert the same effect.
알키닐기는 바람직하게는 탄소수 2 내지 30, 더욱 바람직하게는 탄소수 4 내지 25, 특히 바람직하게는 탄소수 5 내지 18, 가장 바람직하게는 탄소수 5 내지 15의 알키닐기이다. 그 알키닐기는 치환기 W 로 추가 치환될 수 있다. 치환기로서 바람직하게는, 알킬기, 알키닐기, 알콕시기, 아릴기, 아릴옥시기 또는 헤테로고리기; 더욱 바람직하게는 알킬기, 아릴기 또는 헤테로고리기; 특히 바람직하게는 알킬기이다.The alkynyl group is preferably an alkynyl group having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 4 to 25 carbon atoms, particularly preferably 5 to 18 carbon atoms, and most preferably 5 to 15 carbon atoms. The alkynyl group may be further substituted with a substituent W. As a substituent, Preferably, an alkyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an aryl group, an aryloxy group, or a heterocyclic group; More preferably, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group; Especially preferably, it is an alkyl group.
아릴기로서 바람직하게는, 탄소수 6 내지 30, 더욱 바람직하게는 탄소수 6 내지 18, 특히 바람직하게는 탄소수 6 내지 12 의 아릴기이다. 상기 아릴기는 치환기 W 로 추가 치환될 수 있다. 치환기로는 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 알콕시기, 아릴옥시기, 헤테로고리기, 알킬티오기, 아릴티오기 또는 아미노기; 더욱 바람직하게는 알킬기, 알콕시기, 알킬티오기 또는 아미노기; 특히 바람직하게는 알콕시기 또는 아미노기이다. As an aryl group, Preferably, it is a C6-C30, More preferably, it is a C6-C18, Especially preferably, it is a C6-C12 aryl group. The aryl group may be further substituted with a substituent W. The substituent is preferably an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, a heterocyclic group, an alkylthio group, an arylthio group or an amino group; More preferably, an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, or an amino group; Especially preferably, they are an alkoxy group or an amino group.
식 (II) 내지 (VIII) 중, R6, R9 내지 R12, R14, R15, R17, R18, R20 내지 R23, R25, R26, 및 R28 내지 R31 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴기, 아릴옥시기, 아릴티오기, 아미노기, 헤테로고리기 또는 할로겐 원자를 나타내고; R25 및 R26 중 적어도 하나는 알킬기를 나타낸다. R25 및 R26 으로서, 수소 원자, 알킬기, 알콕시기 및 아미노기가 바람직하고; 수소 원자 및 알킬기가 더욱 바람직하고; 수소 원자가 특히 바람직하다. R25 및 R26 중 적어도 하나의 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1 내지 12, 더욱 바람직하게는 탄소수 3 내지 10, 특히 바람직하게는 탄소수 5 내지 8 의 분기 또는 직쇄의 알킬기이다. 즉, 이러한 구조가 변환 효율의 저하를 초래하는 색소의 분자간 회합을 억제하는 효과, 색소의 산화물 반도체로부터의 탈착의 원인이 되는 물의 접근을 억제하는 효과 및 알킬기의 전자 공여성에 의한 장파화의 효과를 발휘할 수 있다. In formulas (II) to (VIII), R 6 , R 9 to R 12 , R 14 , R 15 , R 17 , R 18 , R 20 to R 23 , R 25 , R 26 , and R 28 to R 31 are Each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group, an amino group, a heterocyclic group or a halogen atom; At least one of R 25 and R 26 represents an alkyl group. As R 25 and R 26 , a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group and an amino group are preferable; More preferably a hydrogen atom and an alkyl group; Hydrogen atoms are particularly preferred. At least one alkyl group of R 25 and R 26 is preferably a branched or straight chain alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 3 to 10 carbon atoms, and particularly preferably 5 to 8 carbon atoms. That is, such a structure has the effect of suppressing the intermolecular association of the dye resulting in a decrease in the conversion efficiency, the effect of inhibiting the access of water which causes desorption of the dye from the oxide semiconductor, and the effect of the long wave due to the electron donation of the alkyl group. Can exert.
R6 은 바람직하게는 수소 원자, 알킬기, 알키닐기 또는 알콕시기; 더욱 바람직하게는 수소 원자 또는 알킬기이다.R 6 is preferably a hydrogen atom, an alkyl group, an alkynyl group or an alkoxy group; More preferably, they are a hydrogen atom or an alkyl group.
R9 내지 R12, R20 내지 R23, 및 R28 내지 R31 은 각각 바람직하게는 수소 원자 또는 알킬기; 더욱 바람직하게는 수소 원자이다.R 9 to R 12 , R 20 to R 23 , and R 28 to R 31 are each preferably a hydrogen atom or an alkyl group; More preferably, it is a hydrogen atom.
R14 및 R17 은 각각 바람직하게는 수소 원자 또는 알킬기; 더욱 바람직하게는 수소 원자이다.R 14 and R 17 are each preferably a hydrogen atom or an alkyl group; More preferably, it is a hydrogen atom.
R15 및 R18 은 각각 바람직하게는 수소 원자, 알킬기, 알키닐기, 아릴기, 아미노기, 알콕시기 또는 알킬티오기; 더욱 바람직하게는 수소 원자, 알킬기 또는 알키닐기; 특히 바람직하게는 알킬기 또는 수소 원자이다.R 15 and R 18 are each preferably a hydrogen atom, an alkyl group, an alkynyl group, an aryl group, an amino group, an alkoxy group or an alkylthio group; More preferably, a hydrogen atom, an alkyl group, or an alkynyl group; Especially preferably, they are an alkyl group or a hydrogen atom.
R7 은 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬티오기 또는 할로겐 원자를 나타낸다. R7 은 바람직하게는 수소 원자, 알킬기, 알키닐기 또는 알킬티오기; 더욱 바람직하게는 수소 원자이다.R 7 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylthio group or a halogen atom. R 7 is preferably a hydrogen atom, an alkyl group, an alkynyl group or an alkylthio group; More preferably, it is a hydrogen atom.
R7 은 상기 언급한 R5 에 인접하는 기이며, 상기 언급한 효과를 얻기 위해서는 입체적으로 작은 것이 바람직하다. R7 은 식 (II) 의 5-원 헤테로고리에서 산소 원자와 같은 하드 비공유 전자쌍을 갖는 기 (예, 알콕시기, 아릴옥시기 등) 와 직접 결합하지 않는다. 그 이유는 레독스계와의 전자 반발로 인해 색소의 환원이 순조롭게 행해지지 않기 때문이다. 이때, R7 은 황 원자와 같은 소프트 비공유 전자쌍을 갖는 기와 결합할 수 있다.R <7> is group adjacent to R <5> mentioned above, and in order to acquire the above-mentioned effect, a three-dimensionally small thing is preferable. R 7 does not directly bond with a group having a hard unshared electron pair such as an oxygen atom (eg, an alkoxy group, an aryloxy group, etc.) in the 5-membered heterocycle of Formula (II). The reason for this is that the reduction of the pigment is not performed smoothly due to the electron repulsion with the redox system. In this case, R 7 may be bonded to a group having a soft unshared electron pair such as a sulfur atom.
R6 과 R7, R9 내지 R12 중 어느 것, R14 와 R15, R17 과 R18, R20 내지 R23 중 어느 것, R25 와 R26, 및 R28 내지 R31 중 어느 것은 각각 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. R9 내지 R12, R14 와 R15, R17 과 R18, R20 내지 R23, R25 와 R26, 및 R28 내지 R31 의 각각의 결합에 의해 형성된 고리는 바람직하게는 5- 내지 10-원 고리, 더욱 바람직하게는 5- 내지 8-원 고리, 특히 바람직하게는 5- 또는 6-원 고리이다.Any of R 6 and R 7 , R 9 to R 12 , any of R 14 and R 15 , R 17 and R 18 , R 20 to R 23 , any of R 25 and R 26 , and R 28 to R 31 Each may combine with each other to form a ring. The ring formed by each bond of R 9 to R 12 , R 14 and R 15 , R 17 and R 18 , R 20 to R 23 , R 25 and R 26 , and R 28 to R 31 is preferably 5- To 10-membered rings, more preferably 5- to 8-membered rings, particularly preferably 5- or 6-membered rings.
5-원 고리의 예로서는, 시클로펜탄 고리, 테트라히드로푸란 고리, 1,3-디옥솔란 고리, 1,3-옥사티올란, 피롤 고리, 푸란 고리, 티오펜 고리, 이미다졸 고리, 옥사졸 고리, 티아졸 고리, 피라졸 고리, 이속사졸 고리 및 이소티아졸 고리를 들 수 있다. 이들 중, 시클로펜탄 고리, 1,3-디옥솔란 고리, 테트라히드로푸란 고리 및 티오펜 고리가 바람직하고; 시클로펜탄 고리 및 1,3-디옥솔란 고리가 더욱 바람직하고; 시클로펜탄 고리가 특히 바람직하다.Examples of the 5-membered ring include cyclopentane ring, tetrahydrofuran ring, 1,3-dioxolane ring, 1,3-oxathiolane, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thia Sol ring, pyrazole ring, isoxazole ring and isothiazole ring. Among these, cyclopentane ring, 1,3-dioxolane ring, tetrahydrofuran ring and thiophene ring are preferable; More preferred are cyclopentane ring and 1,3-dioxolane ring; Cyclopentane rings are particularly preferred.
6-원 고리의 예로서는, 시클로헥산 고리, 벤젠 고리, 피란 고리, 디히드로피란 고리, 디옥산 고리, 피리딘 고리, 피라진 고리, 피페리딘 고리, 피페라진 고리, 및 모르폴린 고리를 들 수 있다. 이들 중, 시클로헥산 고리, 벤젠 고리, 디히드로피란 고리, 디옥산 고리 및 피페라진 고리가 바람직하고; 시클로헥산 고리 및 벤젠 고리가 더욱 바람직하고; 시클로헥산 고리가 특히 바람직하다.Examples of the 6-membered ring include cyclohexane ring, benzene ring, pyran ring, dihydropyran ring, dioxane ring, pyridine ring, pyrazine ring, piperidine ring, piperazine ring, and morpholine ring. Among these, cyclohexane ring, benzene ring, dihydropyran ring, dioxane ring and piperazine ring are preferable; More preferred are cyclohexane ring and benzene ring; Particular preference is given to cyclohexane rings.
고리를 형성하지 않는 기들 중, 바람직한 예로는 수소 원자, 알킬기, 알콕시기 및 아릴기를 들 수 있고; 더욱 바람직한 예로는 수소 원자, 알킬기 및 알콕시기를 들 수 있고; 특히 바람직한 예로는 수소 원자를 들 수 있다.Among the groups which do not form a ring, preferred examples include a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group and an aryl group; More preferred examples include hydrogen atom, alkyl group and alkoxy group; Particularly preferred examples include hydrogen atoms.
식 (VII) 및 (VIII) 중, 동일 특성기 중에 존재하는 2 개의 R24 및 2 개의 R27 은 서로 동일하거나 상이할 수 있고, R24 및 R27 은 각각 수소 원자, 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타낸다. 한편, 복수의 R24 및 복수의 R27 은 각각 서로 결합하여 고리를 형성하지 않는다. 이들 소수성 기의 존재로, 전해질 중에 미량 존재하여 색소의 탈착에 의한 내구성 저하의 원인이 되는 물의 접근을 억제하는 효과가 있다. 벤젠 고리 등의 방향족기는 π-전자의 스택킹 (stacking) 에 의해 색소끼리 서로 비효율적인 회합이 일어나 변환 효율 저하를 야기할 수 있다. 그러나, 이들 지방족기는 자유도가 높아 비효율적인 회합을 억제할 수 있어 변환 효율 향상에 효과적이다.In formulas (VII) and (VIII), two R 24 and two R 27 present in the same property group may be the same or different from each other, and R 24 and R 27 may each be a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, or an alkoxy group. It represents a nil group. On the other hand, a plurality of R 24 and a plurality of R 27 are not bonded to each other to form a ring. The presence of these hydrophobic groups has the effect of inhibiting the access of water, which is present in a small amount in the electrolyte, leading to a decrease in durability due to desorption of the dye. Aromatic groups such as a benzene ring may cause inefficient association of pigments with each other by stacking of? -Electrons, which may cause a decrease in conversion efficiency. However, these aliphatic groups have a high degree of freedom and can suppress inefficient association, which is effective for improving conversion efficiency.
R24 및 R27 은 각각 바람직하게는 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기; 더욱 바람직하게는 알킬기 또는 알키닐기; 특히 바람직하게는 알킬기이다.R 24 and R 27 are each preferably an alkyl group, an alkenyl group or an alkynyl group; More preferably, an alkyl group or an alkynyl group; Especially preferably, it is an alkyl group.
알킬기로서 바람직하게는 탄소수 1 내지 15, 더욱 바람직하게는 탄소수 3 내지 12, 특히 바람직하게는 탄소수 4 내지 10 의 분기 또는 직쇄 알킬기이다.The alkyl group is preferably a branched or straight chain alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, more preferably 3 to 12 carbon atoms, and particularly preferably 4 to 10 carbon atoms.
알케닐기 및 알키닐기는 바람직하게는 탄소수 2 내지 15, 더욱 바람직하게는 탄소수 4 내지 12, 특히 바람직하게는 탄소수 6 내지 10 의 것이다.Alkenyl groups and alkynyl groups are preferably 2 to 15 carbon atoms, more preferably 4 to 12 carbon atoms, particularly preferably 6 to 10 carbon atoms.
식 (II) 내지 (VIII) 중, m1 내지 m6 은 각각 독립적으로 1 내지 5 의 정수를 나타낸다.M1 to m6 each independently represent an integer of 1 to 5 in formulas (II) to (VIII).
Y 는 S, O, Se, Te 또는 NR32 를 나타내고; R32 는 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기 또는 헤테로고리기를 나타낸다.Y represents S, O, Se, Te or NR 32 ; R 32 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocyclic group.
X 는 S, Se, Te, NR32 를 나타내고; R32 는 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기 또는 헤테로고리기를 나타낸다.X represents S, Se, Te, NR 32 ; R 32 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heterocyclic group.
Y 로서 바람직하게는 S, O 또는 NR32; 더욱 바람직하게는 S 또는 O; 특히 바람직하게는 S 이다. Y 가 S 인 경우, 형성되는 티오펜 고리는 전자 공여성이 높고 장파화의 효과가 있으며, 또한 전해질 중에 다수 존재하는 구핵종에 대한 안정성이 높다고 생각된다.As Y, preferably S, O or NR 32 ; More preferably S or O; Especially preferably, it is S. In the case where Y is S, the thiophene ring formed is considered to have high electron donating effect, long wave effect, and high stability against many nucleophiles present in the electrolyte.
X 로는 바람직하게는 S, Se 또는 NR32; 더욱 바람직하게는 S 또는 Se; 특히 바람직하게는 S 이다. X 로서 S 를 선택하는 것이, Y 와 동일한 이유에서 및 소프트 S 원자의 궤도의 레독스계와의 상호작용으로 인한 색소의 환원 속도 향상의 관점에서 바람직하다. X is preferably S, Se or NR 32 ; More preferably S or Se; Especially preferably, it is S. Selecting S as X is preferable for the same reason as Y and from the viewpoint of improving the reduction rate of the dye due to interaction with the redox system of the orbit of the soft S atom.
R32 로서는 바람직하게는 수소 원자, 알킬기, 아릴기 또는 헤테로고리기; 더욱 바람직하게는 수소 원자 또는 알킬기; 특히 바람직하게는 알킬기이다.R 32 is preferably a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group; More preferably, a hydrogen atom or an alkyl group; Especially preferably, it is an alkyl group.
상기 식 (I) 으로 나타내는 리간드의 구체예를 이하에 나타내지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이들 산성기로서는, 프로톤 비해리체만 제시하고 있지만, 이들 산성기는 각각 프로톤 해리체일 수도 있다. 구조 중에 탄소-탄소 이중 결합이 있는 경우에는 E 이성체 또는 Z 이성체, 또는 그 혼합물을 사용할 수 있다.Although the specific example of the ligand represented by said formula (I) is shown below, this invention is not limited to this. As these acidic groups, only proton non-liforme is shown, but these acidic groups may each be a proton dissociation body. If there is a carbon-carbon double bond in the structure, E isomers or Z isomers, or mixtures thereof can be used.
본 발명의 금속 착물 색소는 하기 식 (IX) 으로 나타내는 것이 바람직하다.It is preferable that the metal complex dye of this invention is represented by following formula (IX).
M(LL1)(LL2)(Z)p·CI 식 (IX)M (LL1) (LL2) ( Z) p · CI formula (IX)
식 (IX) 중, M 은 금속 원자를 나타낸다. M 은 바람직하게는 4-배위 또는 6-배위가 가능한 금속 (예를 들어 Ru, Re, Rh, Pt, Fe, Os, Cu, Ir, Pd, W, Co, Zn, Pb); 더욱 바람직하게는 Ru, Re, Rh, Pt, Fe, Os, Cu, Ir, Pd, W 또는 Co; 특히 바람직하게는 Ru, Re, Rh, Os, Ir 또는 W; 가장 바람직하게는 Ru 이다.In formula (IX), M represents a metal atom. M is preferably a metal capable of 4- or 6-coordination (eg Ru, Re, Rh, Pt, Fe, Os, Cu, Ir, Pd, W, Co, Zn, Pb); More preferably Ru, Re, Rh, Pt, Fe, Os, Cu, Ir, Pd, W or Co; Particularly preferably Ru, Re, Rh, Os, Ir or W; Most preferably Ru.
식 (IX) 중, LL1 은 식 (I) 과 동일 의미이며, 바람직한 범위도 동일하다. 식 (IX) 중, LL2 는 하기 식 (X) 으로 나타내는 리간드를 나타낸다.In formula (IX), LL1 has the same meaning as formula (I), and the preferred range thereof is also the same. In formula (IX), LL2 represents the ligand represented by the following formula (X).
식 (X) 중, R33 및 R34 는 각각 독립적으로 치환기를 나타내며, 그 예로는 상기 서술한 치환기 W 를 들 수 있다. 치환기로서 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로고리기, 알콕시기, 아릴옥시기 또는 할로겐 원자; 더욱 바람직하게는 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 아릴옥시기; 특히 바람직하게는 알킬기 또는 아릴기이다.In formula (X), R 33 and R 34 each independently represent a substituent, and examples thereof include the substituent W described above. As a substituent, Preferably, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group, or a halogen atom; More preferably, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or an aryloxy group; Especially preferably, they are an alkyl group or an aryl group.
식 (X) 중, n5 및 n6 은 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타낸다. n5 가 2 이상의 정수인 경우, R34 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 또는 R34 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. n6 이 2 이상의 정수인 경우 R33 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 또는 R33 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. n5 및 n6 이 각각 1 이상의 정수인 경우, R33 과 R34 는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 이들 형성되는 고리의 바람직한 예로서 벤젠 고리, 피리딘 고리, 티오펜 고리, 피롤 고리, 푸란 고리, 시클로헥산 고리 및 시클로펜탄 고리를 들 수 있다.In formula (X), n5 and n6 respectively independently represent the integer of 0-3. When n5 is an integer of 2 or more, R 34 may be identical to or different from each other, or R 34 may combine with each other to form a ring. When n6 is an integer of 2 or more, R 33 may be the same as or different from each other, or R 33 may be bonded to each other to form a ring. When n5 and n6 are each an integer of 1 or more, R 33 and R 34 may combine with each other to form a ring. Preferred examples of these formed rings include benzene ring, pyridine ring, thiophene ring, pyrrole ring, furan ring, cyclohexane ring and cyclopentane ring.
식 (X) 중, n7 및 n8 은 각각 독립적으로 1 내지 4 의 정수를 나타낸다. n7 이 2 이상의 정수인 경우 A3 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. n8 이 2 이상의 정수인 경우 A4 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. n7 및 n8 은 각각 바람직하게는 1 내지 3 의 정수, 더욱 바람직하게는 1 또는 2 의 정수, 특히 바람직하게는 1 의 정수이다. In formula (X), n7 and n8 respectively independently represent the integer of 1-4. When n7 is an integer of 2 or more, A 3 may be identical to or different from each other. When n8 is an integer greater than or equal to 2, A <4> may mutually be same or different. n7 and n8 are each preferably an integer of 1 to 3, more preferably an integer of 1 or 2, particularly preferably an integer of 1.
식 (X) 중, A3 및 A4 는 식 (I) 중의 A1 및 A2 와 동일 의미이며, 바람직한 범위도 또한 동일하다. A3 및 A4 의 치환 위치는 바람직하게는 피리딘 고리의 질소 원자의 m-위치 또는 p-위치, 더욱 바람직하게는 p-위치이다.In Formula (X), A <3> and A <4> are synonymous with A <1> and A <2> in Formula (I), and its preferable range is also the same. Substituent positions for A 3 and A 4 are preferably at the m-position or p-position, more preferably at the p-position of the nitrogen atom of the pyridine ring.
이하에 LL2 의 구체예를 나타내지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다. 이들 산성기로는 프로톤 비해리체만 나타내지만, 이들 산성기는 각각 프로톤 해리체일 수도 있다. 구조 중에 존재하는 탄소-탄소 이중 결합이 있는 경우에는, E 이성체 또는 Z 이성체, 또는 그들이 혼합물을 사용할 수 있다.Although the specific example of LL2 is shown below, this invention is not limited to these. Although these acidic groups show only proton derivatized bodies, these acidic groups may each be proton dissociates. When there are carbon-carbon double bonds present in the structure, E isomers or Z isomers, or mixtures thereof can be used.
또한, Ph 는 페닐기를 나타낸다.In addition, Ph represents a phenyl group.
식 (IX) 중, Z 는 한자리 또는 두자리의 리간드를 나타낸다. 또한, p 는 0 내지 2 의 정수를 나타낸다. M 이 Cu, Pd, Pt, Zn 또는 Pb 등, 4 배위를 형성하기 쉬운 금속의 경우에는, p 는 바람직하게는 0 이다. 식 (IX) 중 M 이 6-배위를 형성하기 쉬운 금속인 경우에는, Z 가 한자리 리간드인 경우 p 는 바람직하게는 2 이며; Z 가 두자리 리간드인 경우는 p 는 바람직하게는 1 이다. p 가 2 인 경우 Z 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.In formula (IX), Z represents a single- or double-dented ligand. In addition, p represents the integer of 0-2. In the case of a metal in which M is easy to form four coordination such as Cu, Pd, Pt, Zn or Pb, p is preferably 0. In the case where M in formula (IX) is a metal that is liable to form a 6-coordination, p is preferably 2 when Z is a monodentate ligand; P is preferably 1 when Z is a bidentate ligand. When p is 2, Z may be identical to or different from each other.
리간드 Z 는 아실옥시기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 아실옥시기, 예를 들어 아세틸옥시기, 벤조일옥시기, 살리실산기, 글리실옥시기, N,N-디메틸글리실옥시기, 옥살릴렌기 (-OC(O)C(O)O-) 등), 아실티오기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 아실티오기, 예를 들어 아세틸티오기, 벤조일티오기 등), 티오아실옥시기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 티오아실옥시기, 예를 들어 티오아세틸옥시기 (CH3C(S)O-) 등), 티오아실티오기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 티오아실티오기, 예를 들어 티오아세틸티오기 (CH3C(S)S-), 티오벤조일티오기 (PhC(S)S-) 등), 아실아미노옥시기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 아실아미노옥시기, 예를 들어 N-메틸벤조일아미노옥시기 (PhC(O)N(CH3)O-), 아세틸아미노옥시기 (CH3C(O)NHO-) 등), 티오카르바메이트기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 티오카르바메이트기, 예를 들어 N,N-디에틸티오카르바메이트기 등), 디티오카르바메이트기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 디티오카르바메이트기, 예를 들어 N-페닐디티오 카르바메이트기, N,N-디메틸디티오카르바메이트기, N,N-디에틸디티오카르바메이트기, N,N-디벤질디티오카르바메이트기 등), 티오카르보네이트기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 티오카르보네이트기, 예를 들어 에틸티오카르보네이트기 등), 디티오카르보네이트기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 디티오카르보네이트기, 예를 들어 에틸티오카르보네이트기 (C2H5OC(S)S-) 등), 트리티오카르보네이트기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 트리티오카르보네이트기, 예를 들어 에틸트리티오카르보네이트기 (C2H5SC(S)S-) 등), 아실기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 아실기, 예를 들어 아세틸기, 벤조일기 등), 셀레노시아네이트기, 이소셀레노시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기, 시아네이트기, 이소시아네이트기, 이소시아노기, 시아노기, 알킬티오기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 알킬티오기, 예를 들어 메탄티오기, 에틸렌디티오기 등), 아릴티오기 (바람직하게는 탄소수 6 내지 20 의 아릴티오기, 예를 들어 벤젠티오기, 1,2-페닐렌디티오기 등), 알콕시기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 알콕시기, 예를 들어 메톡시기 등) 및 아릴옥시기 (바람직하게는 탄소수 6 내지 20 의 아릴옥시기, 예를 들어 페녹시기, 퀴놀린-8-히드록실기 등) 로 이루어진 군으로부터 선택된 배위기를 통해 배위하는 한자리 또는 두자리 리간드, 또는 할로겐 원자 (바람직하게는 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등), 카르보닐 (…CO); 디알킬케톤 (바람직하게는 탄소수 3 내지 20 의 디알킬케톤, 예를 들어 아세톤 ((CH3)2CO…) 등), 1,3-디케톤 (바람직하게는 탄소수 3 내지 20 의 1,3-디케톤, 예를 들어 아세틸아세톤 (CH3C(O…)CH=C(O-)CH3), 트리플루오로 아세틸아세톤 (CF3C(O…)CH=C(O-)CH3), 디피발로일메탄 (t-C4H9C(O…)CH=C(O-)t-C4H9), 디벤조일메탄 (PhC(O…)CH=C(O-)Ph), 3-클로로아세틸아세톤 (CH3C(O…)CCl=C(O-)CH3) 등), 카르본아미드기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 카르본아미드기, 예를 들어 CH3N=C(CH3)O-, -OC(=NH)-C(=NH)O- 등), 티오카르본아미드기 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 티오카르본아미드기, 예를 들어 CH3N=C(CH3)S- 등), 또는 티오우레아 (바람직하게는 탄소수 1 내지 20 의 티오우레아, 예를 들어 (NH(…)=C(S-)NH2, CH3N(…)=C(S-)NH CH3, (CH3)2N-C(S…)N (CH3)2 등) 으로 이루어진 리간드를 나타낸다. "…" 는 금속 원자 M 과의 배위 결합을 가리킨다.Ligand Z is an acyloxy group (preferably an acyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, for example, acetyloxy group, benzoyloxy group, salicylic acid group, glycyloxy group, N, N-dimethylglyciyloxy group, oxalylene group ( -OC (O) C (O) O-), etc.), acylthio group (preferably acylthio group having 1 to 20 carbon atoms, for example, acetylthio group, benzoylthio group, etc.), thioacyloxy group (preferably Preferably a thioacyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, for example, a thioacetyloxy group (CH 3 C (S) O-) and the like), a thioacylthio group (preferably a thioacylthio group having 1 to 20 carbon atoms, For example, thioacetylthio group (CH 3 C (S) S-), thiobenzoylthio group (PhC (S) S-), etc.), acylaminooxy group (preferably acylaminooxy group having 1 to 20 carbon atoms) For example, N-methylbenzoylaminooxy group (PhC (O) N (CH 3 ) O-), acetylaminooxy group (CH 3 C (O) NHO-), etc.), thiocarbamate group (preferably Burnt Thiocarbamate groups having 1 to 20 carbon atoms, such as N, N-diethylthiocarbamate groups, dithiocarbamate groups (preferably dithiocarbamate groups having 1 to 20 carbon atoms, For example, N-phenyldithio carbamate group, N, N-dimethyldithiocarbamate group, N, N-diethyldithiocarbamate group, N, N-dibenzyldithiocarbamate group Etc.), a thiocarbonate group (preferably a thiocarbonate group having 1 to 20 carbon atoms, for example, an ethylthiocarbonate group, etc.), a dithiocarbonate group (preferably having 1 to 20 carbon atoms) Oka Viterbo carbonate groups such as ethylthio carbonate group (C 2 H 5 OC (S) S-), etc.), tri-thiocarbonate group (preferably tree thiocarbonate group having 1 to 20 carbon atoms such as ethyl tree thiocarbonate group (C 2 H 5 SC (S) S-) and the like), an acyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms Acyl groups such as acetyl group, benzoyl group), selenocyanate group, isocelenocyanate group, thiocyanate group, isothiocyanate group, cyanate group, isocyanate group, isocyano group, cya Furnace group, alkylthio group (preferably an alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms, such as methanethio group, ethylenedithio group, etc.), arylthio group (preferably an arylthio group having 6 to 20 carbon atoms, for example Benzenethio group, 1,2-phenylenedithio group and the like), alkoxy group (preferably alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, for example methoxy group) and aryloxy group (preferably having 6 to 20 carbon atoms) Single or bidentate ligands coordinated through a coordinating group selected from the group consisting of oxy groups such as phenoxy groups, quinoline-8-hydroxyl groups, or halogen atoms (preferably chlorine atoms, bromine atoms, iodine atoms, etc.) ), Carbonyl (…) CO); Dialkyl ketones (preferably dialkyl ketones having 3 to 20 carbon atoms, for example acetone ((CH 3 ) 2 CO ...), etc.), 1,3-diketones (preferably 1,3 having 3 to 20 carbon atoms) -Diketones such as acetylacetone (CH 3 C (O ...) CH = C (O-) CH 3 ), trifluoro acetylacetone (CF 3 C (O ...) CH = C (O-) CH 3 ), Dipyvaloyl methane (tC 4 H 9 C (O ...) CH = C (O-) tC 4 H 9 ), dibenzoylmethane (PhC (O ...) CH = C (O-) Ph), 3- Chloroacetylacetone (CH 3 C (O ...) CCl = C (O-) CH 3 ), etc.), a carbonamide group (preferably a carbonamide group having 1 to 20 carbon atoms, for example CH 3 N = C) (CH 3 ) O-, -OC (= NH) -C (= NH) O- and the like), thiocarbonamide group (preferably thiocarbonamide group having 1 to 20 carbon atoms, for example CH 3 N) = C (CH 3 ) S- or the like), or thiourea (preferably thiourea having 1 to 20 carbon atoms, for example (NH (...) = C (S-) NH 2 , CH 3 N (...) =)). A ligand consisting of C (S-) NH CH 3 , (CH 3 ) 2 N-C (S ...) N (CH 3 ) 2, etc.) "..." represents a coordination bond with the metal atom M. As shown in FIG.
리간드 Z 는, 바람직하게는 아실옥시기, 티오아실티오기, 아실아미노옥시기, 디티오카르바메이트기, 디티오카르보네이트기, 트리티오카르보네이트기, 셀레노시아네이트기, 이소셀레노시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기, 시아네이트기, 이소시아네이트기, 이소시아노기, 시아노기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알콕시기 및 아릴옥시기로 이루어지는 군으로부터 선택된 배위기를 통해 배위하는 리간드, 또는 할로겐 원자, 카르보닐, 1,3-디케톤 또는 티오우레아로 이루어진 리간드이며, 보다 바람직하게는 아실옥시기, 아실아미노옥시기, 디티오카르바메이트기, 셀레노시아네이트기, 이소셀레노시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기, 시아네이트기, 이소시아네이트기, 이소시아노기, 시아노기 및 아릴티오기로 이루어지는 군으로부터 선택된 배위기를 통해 배위하는 리간드, 또는 할로겐 원자, 1,3-디케톤 또는 티오우레아로 이루어진 리간드이며; 더욱 바람직하게는 디티오카르바메이트기, 셀레노시아네이트기, 이소셀레노시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기, 시아네이트기, 이소시아네이트기, 이소시아노기 및 시아노기로 이루어지는 군으로부터 선택된 배위기를 통해 배위하는 리간드, 또는 할로겐 원자 또는 1,3-디케톤으로 이루어진 리간드이며; 특히 바람직하게는, 디티오카르바메이트기, 셀레노시아네이트기, 이소셀레노시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기, 시아네이트기 및 이소시아네이트기로 이루어지는 군으로부터 선택된 배위기를 통해 배위하는 리간드, 또는 할로겐 원자 또는 1,3-디케톤으로 이루어진 리간드이며; 가장 바람직하게는 전자 공여성의 관점으로부터 이소셀레노시아네이트기, 이소티오시아네이트기 및 이소시아네이트기로 이루어지는 군으로부터 선택된 배위기를 통해 배위하는 리간드이다.Ligand Z is preferably an acyloxy group, thioacylthio group, acylaminooxy group, dithiocarbamate group, dithiocarbonate group, trithiocarbonate group, selenocyanate group, iso seleno A coordination group selected from the group consisting of a cyanate group, a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, an isocyano group, a cyano group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkoxy group and an aryloxy group Or a ligand composed of a halogen atom, carbonyl, 1,3-diketone or thiourea, and more preferably an acyloxy group, acylaminooxy group, dithiocarbamate group, and selenocyanate Group, isocelenocyanate group, thiocyanate group, isothiocyanate group, cyanate group, isocyanate group, isocyano group, cyano group and arylthio group That is a ligand coordinated through the selected times crisis from the group, or a halogen atom, a 1,3-diketone or thiourea ligands consisting of a; More preferably, it consists of a dithiocarbamate group, a selenocyanate group, an isocelenocyanate group, a thiocyanate group, an isothiocyanate group, a cyanate group, an isocyanate group, an isocyano group, and a cyano group. A ligand coordinating through a coordinating group selected from the group, or a ligand consisting of a halogen atom or 1,3-diketone; Especially preferably, through a coordinating group selected from the group consisting of dithiocarbamate group, selenocyanate group, isocelenocyanate group, thiocyanate group, isothiocyanate group, cyanate group and isocyanate group A ligand to be coordinated or a ligand consisting of a halogen atom or 1,3-diketone; Most preferably, it is a ligand coordinated through the coordinating group selected from the group which consists of an isocelenocyanate group, an isothiocyanate group, and an isocyanate group from an electron donating viewpoint.
리간드 Z 가 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬렌기 등을 포함하는 경우, 이들 기는 선형 또는 분기형일 수 있으며, 치환 또는 비치환될 수 있다. 리간드 Z 가 아릴기, 헤테로고리기, 시클로알킬기 등을 포함하는 경우, 이들 기는 치환 또는 비치환될 수 있으며, 단고리 또는 축합 고리일 수 있다.If the ligand Z comprises an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylene group, or the like, these groups may be linear or branched and may be substituted or unsubstituted. When the ligand Z includes an aryl group, heterocyclic group, cycloalkyl group, or the like, these groups may be substituted or unsubstituted and may be monocyclic or condensed rings.
리간드 Z 가 두자리 리간드인 경우, Z 는 아실옥시기, 아실티오기, 티오아실옥시기, 티오아실티오기, 아실아미노옥시기, 티오카르바메이트기, 디티오카르바메이트기, 티오카르보네이트기, 디티오카르보네이트기, 트리티오카르보네이트기, 아실기, 알킬티오기, 아릴티오기, 알콕시기 및 아릴옥시기로 이루어지는 군으로부터 선택된 배위기를 통해 배위하는 리간드, 또는 1,3-디케톤, 카르본아미드기, 티오카르본아미드기 또는 티오우레아로 이루어지는 리간드인 것이 바람직하다.When the ligand Z is a bidentate ligand, Z is an acyloxy group, acylthio group, thioacyloxy group, thioacylthio group, acylaminooxy group, thiocarbamate group, dithiocarbamate group, thiocarbonate Ligands coordinated through a coordinating group selected from the group consisting of a group, a dithiocarbonate group, a trithiocarbonate group, an acyl group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkoxy group and an aryloxy group, or 1,3-dike It is preferable that it is a ligand which consists of a ton, a carbonamide group, a thiocarbonamide group, or a thiourea.
Z 가 한자리 리간드인 경우, Z 는 셀레노시아네이트기, 이소셀레노시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기, 시아네이트기, 이소시아네이트기, 시아노기, 알킬티오기 및 아릴티오기로 이루어지는 군으로부터 선택된 배위기를 통해 배위하는 리간드, 또는 할로겐 원자, 카르보닐, 디알킬케톤 또는 티오우레아로 이루어지는 리간드인 것이 바람직하다. When Z is a monodentate ligand, Z is a selenocyanate group, isocelenocyanate group, thiocyanate group, isothiocyanate group, cyanate group, isocyanate group, cyano group, alkylthio group and arylthio group It is preferable that it is a ligand which coordinates through the coordinating group selected from the group which consists of, or the ligand which consists of a halogen atom, carbonyl, dialkyl ketone, or thiourea.
이하에 리간드 Z 의 구체예를 나타내지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 나타내는 구조식은 여러 구조를 취할 수 있는 공명 구조 중 그저 하나의 기준 구조이며, 공유결합 (― 로 나타냄) 과 배위결합 (… 로 나타냄) 의 구별도 형식적인 것으로, 절대적인 구별을 나타내는 것은 아니다.Although the specific example of ligand Z is shown below, this invention is not limited to these. In addition, the structural formula shown below is just one reference structure among the resonance structures which can take various structures, and the distinction between covalent bond (denoted by-) and coordination bond (denoted by ...) is also formal, no.
식 (IX) 중 CI 는 전하를 중화시키는데 카운터 이온이 필요한 경우의 카운터 이온을 나타낸다. 색소는 양이온성 또는 음이온성이거나, 혹은 순 (net) 이온 전하를 갖는 색소이든 간에, 색소 중의 금속, 리간드 및 치환기에 의존한다. 치환기가 산성기 등의 해리성기를 갖는 경우, 색소는 해리된 음 전하를 가질 수 있다. 이 경우 분자 전체의 전하는 CI 에 의해 중화된다. CI in Formula (IX) represents counter ion when counter ion is needed to neutralize an electric charge. The pigments, whether cationic or anionic, or having a net ionic charge, depend on the metals, ligands and substituents in the pigments. When the substituent has a dissociable group such as an acid group, the dye may have a dissociated negative charge. In this case, the charge of the whole molecule is neutralized by CI.
양의 카운터 이온은 산성기를 나타내는 A1 및 A2 의 카운터 이온과 같다.Positive counter ions are the same as the counter ions of A 1 and A 2 which represent acidic groups.
음의 카운터 이온은 무기 음이온 및 유기 음이온일 수 있다. 그 예로는 할로겐 음이온 (예를 들어 불화물 이온, 염화물 이온, 브롬화물 이온, 요오드화물 이온 등), 치환 아릴술포네이트 이온 (예를 들어 p-톨루엔 술포네이트 이온, p-클로로벤젠 술포네이트 이온 등), 아릴디술포네이트 이온 (예를 들어 1,3-벤젠 디술포네이트 이온, 1,5-나프탈렌 디술포네이트 이온, 2,6-나프탈렌 디술포네이트 이온 등), 알킬술페이트 이온 (예를 들어 메틸술페이트 등), 술페이트 이온, 티오시아네이트 이온, 퍼클로레이트 이온, 테트라플루오로보레이트 이온, 헥사플루오로포스페이트 이온, 피크레이트 이온, 아세테이트 이온 및 트리플루오로메탄 술포네이트 이온을 들 수 있다. 다르게는, 전하 균형 카운터 이온으로서, 이온성 폴리머 또는 주 색소와 반대 전하를 갖는 다른 색소를 이용할 수 있다. 다르게는, 금속 착물 이온 (예를 들어 비스벤젠-1,2-디티오락토니켈 (III) 등) 을 사용할 수 있다.The negative counter ions can be inorganic and organic anions. Examples include halogen anions (eg fluoride ions, chloride ions, bromide ions, iodide ions, etc.), substituted arylsulfonate ions (eg p-toluene sulfonate ions, p-chlorobenzene sulfonate ions, etc.) Aryldisulfonate ions (e.g., 1,3-benzene disulfonate ions, 1,5-naphthalene disulfonate ions, 2,6-naphthalene disulfonate ions, etc.), alkylsulphate ions (e.g. Methyl sulfate, etc.), sulfate ion, thiocyanate ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, picrate ion, acetate ion, and trifluoromethane sulfonate ion. Alternatively, as the charge balance counter ion, it is possible to use an ionic polymer or another dye having a charge opposite to the main dye. Alternatively, metal complex ions (for example bisbenzene-1,2-dithiolactone nickel (III) and the like) can be used.
리간드 LL2 는 하기 식 (XI) 으로 나타내는 리간드인 것이 바람직하다.It is preferable that ligand LL2 is a ligand represented by following formula (XI).
식 (XI) 중, A5 및 A6 은 각각 독립적으로 산성기 또는 그의 염을 나타낸다. 산성기의 예로서 예를 들어 카르복실산기, 술폰산기, 포스폰산기, 페놀성 히드록실기, 알킬술포닐아미노기, 인산기, 스쿠아르산기, 실릭산기 및 붕산기를 들 수 있다. 바람직한 예로는 카르복실산기, 술폰산기, 포스폰산기 및 페놀성 히드록실기를 들 수 있고; 더욱 바람직한 예로는 카르복실산기 및 술폰산기를 들 수 있고; 특히 바람직한 예로는 카르복실산기를 들 수 있다.In Formula (XI), A 5 and A 6 each independently represent an acid group or a salt thereof. Examples of the acidic group include carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, phenolic hydroxyl groups, alkylsulfonylamino groups, phosphoric acid groups, squaric acid groups, silicic acid groups, and boric acid groups. Preferred examples include carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups and phenolic hydroxyl groups; More preferred examples include carboxylic acid groups and sulfonic acid groups; Particularly preferred examples include carboxylic acid groups.
식 (XI) 중, R35 및 R36 은 각각 독립적으로 치환기를 나타내고, 그 예로는 상기 서술한 치환기 W 를 들 수 있다. 치환기로서 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로고리기, 알콕시기, 아릴옥시기 또는 할로겐 원자; 더욱 바람직하게는 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 아릴옥시기; 특히 바람직하게는 알킬기 또는 아릴기이다.In formula (XI), R 35 and R 36 each independently represent a substituent, and examples thereof include the substituent W described above. As a substituent, Preferably, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group, or a halogen atom; More preferably, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or an aryloxy group; Especially preferably, they are an alkyl group or an aryl group.
식 (XI) 중, n9 및 n10 은 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타내고, n9 가 2 이상의 정수인 경우, R35 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R35 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. n10 이 2 이상의 정수인 경우 R36 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R36 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. n9 및 n10 이 각각 1 이상의 정수인 경우 R35 와 R36 은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 이들 형성되는 고리의 바람직한 예로서 벤젠 고리, 피리딘 고리, 티오펜 고리, 피롤 고리, 푸란 고리, 시클로헥산 고리 및 시클로펜탄 고리를 들 수 있다.In formula (XI), n9 and n10 each independently represent an integer of 0 to 3, and when n9 is an integer of 2 or more, R 35 may be the same as or different from each other, or R 35 may be bonded to each other to form a ring. . When n10 is an integer of 2 or more, R 36 may be identical to or different from each other, or R 36 may combine with each other to form a ring. When n9 and n10 are each an integer of 1 or more, R 35 and R 36 may combine with each other to form a ring. Preferred examples of these formed rings include benzene ring, pyridine ring, thiophene ring, pyrrole ring, furan ring, cyclohexane ring and cyclopentane ring.
n9 및 n10 은 각각 바람직하게는 0 내지 3 의 정수, 더욱 바람직하게는 0 또는 1 의 정수, 특히 바람직하게는 0 이다. n9 and n10 are each preferably an integer of 0 to 3, more preferably an integer of 0 or 1, particularly preferably 0.
리간드 LL2 는 하기 식 (XII) 으로 나타내어지는 것이 바람직하다.The ligand LL2 is preferably represented by the following formula (XII).
식 (XII) 중, A7 및 A8 은 각각 독립적으로 산성기 또는 그들의 염을 나타낸다. 산성기의 예로서 카르복실산기 (카르복실기), 술폰산기, 포스폰산기, 페놀성 히드록실기, 알킬술포닐아미노기, 인산기, 스쿠아르산기, 실릭산기 및 붕산기를 들 수 있다. 바람직한 예로는 카르복실산기, 술폰산기, 포스폰산기 및 페놀성 히드록실기를 들 수 있고; 더욱 바람직한 예로는 카르복실산기 및 술폰산기를 들 수 있고; 특히 바람직한 예로는 카르복실산기를 들 수 있다.In formula (XII), A 7 and A 8 each independently represent an acid group or a salt thereof. Examples of the acidic group include carboxylic acid groups (carboxyl groups), sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, phenolic hydroxyl groups, alkylsulfonylamino groups, phosphoric acid groups, squaric acid groups, silicic acid groups and boric acid groups. Preferred examples include carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups and phenolic hydroxyl groups; More preferred examples include carboxylic acid groups and sulfonic acid groups; Particularly preferred examples include carboxylic acid groups.
식 (IX) 로 나타내는 금속 착물 색소는 하기 식 (XIII) 내지 (XV) 중 어느 하나로 나타내어지는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 식 (XIII) 또는 식 (XV); 특히 바람직하게는 식 (XIII) 이다. The metal complex dye represented by the formula (IX) is preferably represented by any one of the following formulas (XIII) to (XV), more preferably formula (XIII) or formula (XV); Especially preferably, it is Formula (XIII).
식 (XIII) 내지 식 (XV) 중, A9, A10, A11, A12, A13 및 A14 는 각각 독립적으로 카르복실기 또는 그 염을 나타낸다.In formulas (XIII) to (XV), A 9 , A 10 , A 11 , A 12 , A 13, and A 14 each independently represent a carboxyl group or a salt thereof.
R200 및 R203 은 식 (II) 의 R5 와 동일 의미이며 바람직한 범위도 동일하다. R201 및 R204 는 식 (II) 의 R7 과 동일 의미이며 바람직한 범위도 동일하다. R202 및 R205 는 식 (II) 의 R6 과 동일 의미이며 바람직한 범위도 동일하다. R207, R208, R210 및 R21 은 식 (VII) 의 R25 와 동일 의미이며 바람직한 범위도 동일하다. R213 내지 R216 및 R218 내지 R221 은 식 (VIII) 의 R28 과 동일 의미이며 바람직한 범위도 동일하다.R 200 and R 203 have the same meaning as R 5 in formula (II), and the preferred range thereof is also the same. R 201 and R 204 have the same meaning as R 7 in formula (II), and the preferred range thereof is also the same. R 202 and R 205 have the same meanings as R 6 in formula (II), and the preferred range thereof is also the same. R 207 , R 208 , R 210 and R 21 have the same meanings as R 25 in formula (VII) and have the same preferred range. R 213 to R 216 and R 218 to R 221 have the same meanings as R 28 in formula (VIII), and the preferred range thereof is also the same.
여기서, R207 과 R208 중 적어도 하나는 알킬기이며, R210 과 R211 중 적어도 하나는 알킬기이다. 적어도 1 개 포함되는 알킬기로서 바람직한 범위는 식 (II) 내지 (VIII) 의 경우의 범위와 동일하다.Here, at least one of R 207 and R 208 is an alkyl group, and at least one of R 210 and R 211 is an alkyl group. The range with preferable alkyl group containing at least 1 is the same as the range in the case of Formula (II)-(VIII).
R201 과 R202, R204 와 R205, R207 과 R208, R210 과 R211, R213 내지 R216 중 어느 것 및 R218 내지 R221 중 어느 것은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 형성하는 고리로서 바람직한 범위는 식 (II) 내지 식 (VIII) 의 경우의 범위와 동일하다.R 201 and R 202 , R 204 and R 205 , R 207 and R 208 , R 210 and R 211 , any of R 213 to R 216 and any of R 218 to R 221 may combine with each other to form a ring. . The range preferable as a ring to form is the same as the range in the case of Formula (II)-Formula (VIII).
R206 및 R209 는 식 (VII) 의 R24 와 동일 의미이며 바람직한 범위도 동일하다. R212 및 R217 은 식 (VIII) 의 R27 과 동일 의미이며 바람직한 범위도 동일하다.R 206 and R 209 have the same meaning as R 24 in formula (VII), and the preferred range thereof is also the same. R 212 and R 217 have the same meaning as R 27 in formula (VIII), and the preferred range thereof is also the same.
m7 내지 m10 은 각각 독립적으로 1 내지 5 의 정수를 나타낸다.m7 to m10 each independently represent an integer of 1 to 5;
Z 는 한자리 또는 두자리의 리간드를 나타내며, 식 (IX) 의 Z 와 동일 의미이고 바람직한 범위도 동일하다.Z represents a single or bidentate ligand, has the same meaning as Z in formula (IX), and the preferred range thereof is also the same.
q1 내지 q3 은 각각 독립적으로 1 또는 2 의 정수를 나타내고, 바람직하게는 2 이다. q1-q3 respectively independently represent the integer of 1 or 2, Preferably it is 2.
식 (XIII) 으로 나타내는 금속 착물 색소는 A9 또는 A10 을 개재하여 산화물 반도체 표면에 흡착된다. 특히, R5 는 공간적으로 색소로부터 보여지는 산화물 반도체 표면과는 반대측의 전해질 측에 위치하고 있다. 따라서, 레독스계로부터의 순조로운 환원 효과를 기대할 수 있다. 식 (XV) 에서는 티오펜 고리에 전자 공여성이 높은 에틸렌디옥시기가 결합되어 있는 것으로, 이에 의해 색소의 HOMO 의 전위가 음으로 시프트하고 그 결합이 장파화에 기여한다.The metal complex dye represented by the formula (XIII) is adsorbed onto the surface of the oxide semiconductor via A 9 or A 10 . In particular, R 5 is located on the electrolyte side on the side opposite to the oxide semiconductor surface seen spatially from the dye. Therefore, a smooth reduction effect from a redox system can be expected. In Formula (XV), an ethylenedioxy group having a high electron donation is bonded to the thiophene ring, whereby the potential of HOMO of the dye shifts negatively, and the binding contributes to the long wave.
본 발명의 금속 착물 색소는, 용매, 바람직하게는 유기 용매 또는 유기 용매와 물의 혼합 용매, 보다 바람직하게는 THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매, 메탄올 또는 에탄올, 특히 THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매에 용해시켰을 때의 용액에 있어서의 가장 장파측의 최대 흡수 파장이, 바람직하게는 350 내지 1200 nm 의 범위이며, 보다 바람직하게는 400 내지 900 nm 의 범위이며, 특히 바람직하게는 450 내지 700 nm 의 범위이다. THF 와 물의 혼합 비는 체적비로 표시된다.The metal complex dye of the present invention is a solvent, preferably an organic solvent or a mixed solvent of an organic solvent and water, more preferably a THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solvent, methanol or The maximum absorption wavelength at the longest wave side in the solution when dissolved in ethanol, in particular in THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solvent, is preferably in the range of 350 to 1200 nm. More preferably, it is the range of 400-900 nm, Especially preferably, it is the range of 450-700 nm. The mixing ratio of THF and water is expressed by volume ratio.
이하에 식 (IX) 으로 나타내는 금속 착물 색소의 구체예를 나타내지만, 본 발명은 이들로 한정되지 않는다. 이들 산성기로서는, 프로톤 비해리체만 제시하고 있지만, 이들 산성기는 각각 프로톤 해리체일 수도 있거나 또는 전술한 카운터 이온을 가질 수도 있다. 구조 중에 탄소-탄소 이중 결합이 있는 경우에는 이들 화합물은 E 이성체 또는 Z 이성체, 또는 그 혼합물일 수 있거나, 또는 착물로서 시스 이성체, 트랜스 이성체 또는 광학 활성 물질 등의 이성체일 수 있지만, 특별히 한정되지 않으며, 단일 이성체 또는 그 혼합물일 수 있다.Although the specific example of the metal complex dye represented by Formula (IX) below is shown, this invention is not limited to these. As these acidic groups, only proton non-lysates are shown, but these acidic groups may each be a proton dissociation body or may have the above-mentioned counter ion. Where there are carbon-carbon double bonds in the structure, these compounds may be E isomers or Z isomers, or mixtures thereof, or may be isomers such as cis isomers, trans isomers, or optically active materials, but are not particularly limited. , Single isomers or mixtures thereof.
본 발명에 따른 식 (I) 으로 나타내는 구조를 갖는 리간드 LL1 을 함유하는 금속 착물 색소는, J. Am. Chem. Soc., 121, 4047(1997), Can. J. Chem., 75, 318(1997), Inorg. Chem., 27, 4007(1988) 등의 문헌 및 문헌 중에 인용된 방법을 참고하여 합성할 수 있다. 특히, 카운터 양이온의 변경은, 합성 실시예에 제시된 바와 같이, 양이온을 염기로 처리하여 이를 용해시킴으로써 양이온의 종류를 자유롭게 변경할 수 있으며, 나아가 산성 시약의 사용량으로부터 pH 를 조정함으로써, 프로톤 이외의 카운터 양이온의 양을 조정할 수 있다.Metal complex pigment | dye containing ligand LL1 which has a structure represented by Formula (I) which concerns on this invention is J. Am. Chem. Soc., 121, 4047 (1997), Can. J. Chem., 75, 318 (1997), Inorg. Chem., 27, 4007 (1988) et al. And the methods cited therein may be synthesized. In particular, the change of the counter cation can be freely changed the type of cation by treating the cation with a base and dissolving it, as shown in the synthesis example, and furthermore, by adjusting the pH from the amount of acidic reagent used, counter cations other than protons You can adjust the amount.
사용하는 염기의 바람직한 예로는 테트라알킬암모늄 히드록사이드 및 금속 수산화물을 들 수 있다. Preferred examples of the base to be used include tetraalkylammonium hydroxide and metal hydroxide.
본 발명의 금속 착물 색소를 후술하는 광전 변환 소자에 사용하는 경우, 상기 색소를 단독으로 또는 다른 색소와 조합하여 이용할 수 있다. 다른 색소 중, 적어도 1 종의 색소 (바람직하게는 본 발명에 따른 식 (I) 으로 나타내는 리간드 LL1 을 갖는 금속 착물 색소 이외의 색소, 및 이와 병용하는 색소) 는, 가장 장파측의 최대 흡수 파장이 THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용액 중에서 600 nm 이상인 것이 바람직하다.When using the metal complex dye of this invention for the photoelectric conversion element mentioned later, the said pigment can be used individually or in combination with another pigment | dye. Among other dyes, at least one dye (preferably, a dye other than a metal complex dye having a ligand LL1 represented by formula (I) according to the present invention, and a dye used in combination) has a maximum absorption wavelength at the longest wave side. It is preferably at least 600 nm in a THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solution.
본 발명에 따른 식 (I) 로 나타내는 리간드 LL1 을 갖는 금속 착물 색소에 비해 더욱 장파측에서 효율적으로 광전 변환하는 색소와 조합함으로써, 효율적으로 태양광을 광전 변환하는 것이 가능하다. 조합 색소로서는 바람직하게는 포르피린 색소, 스쿠아릴륨 색소 또는 프탈로시아닌 색소; 더욱 바람직하게는 포르피린 색소 또는 스쿠아릴륨 색소; 특히 바람직하게는 스쿠아릴륨 색소이다. 포르피린 색소 중에는, 2 핵 착물이 바람직하다. 스쿠아릴륨 색소 중에는, 스쿠아릴륨 골격을 2 개 갖는 비스스쿠아릴륨이 바람직하다.Compared with the metal complex pigment | dye which has ligand LL1 represented by Formula (I) which concerns on this invention, by combining with the pigment | dye which photoelectrically converts on the long wave side more efficiently, it is possible to efficiently photoelectrically convert sunlight. As a combination pigment, Preferably a porphyrin pigment, a squarylium pigment, or a phthalocyanine pigment; More preferably porphyrin pigment or squarylium pigment; Especially preferably, it is a squarylium pigment | dye. Among the porphyrin pigments, binuclear complexes are preferred. Among the squarylium pigments, bis squarylium having two squarylium skeletons is preferable.
본 발명에 있어서는, 색소를 후술하는 광전 변환 소자에 사용하는 경우, 본 발명의 금속 착물 색소 또는 병용하는 색소에 공흡착제를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 공흡착제로서는 카르복실기 또는 그 염을 갖는 공흡착제가 바람직하고, 그 공흡착제의 예로는 지방산 및 스테로이드 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다.In this invention, when using a pigment | dye for the photoelectric conversion element mentioned later, it is preferable to use a coadsorption agent for the metal complex pigment | dye of this invention or the pigment used together. As such a coadsorption agent, the coadsorption agent which has a carboxyl group or its salt is preferable, The compound which has a fatty acid and a steroid skeleton as an example of this coadsorption agent is mentioned.
지방산은 포화 지방산 또는 불포화 지방산일 수 있다. 그 예로는 부탄산, 헥산산, 옥탄산, 데칸산, 헥사데칸산, 도데칸산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀산 및 리놀렌산을 들 수 있다.Fatty acids may be saturated or unsaturated fatty acids. Examples include butanoic acid, hexanoic acid, octanoic acid, decanoic acid, hexadecanoic acid, dodecanoic acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid and linolenic acid.
스테로이드 골격을 갖는 화합물의 예로는 콜산, 글리코콜산, 케노데옥시콜산, 히오콜산, 데옥시콜산, 리토콜산 및 우르소데옥시콜산을 들 수 있다. 그 중, 바람직하게는 콜산, 데옥시콜산 및 케노데옥시콜산이며, 더욱 바람직하게는 케노데옥시콜산이다. Examples of compounds having a steroid backbone include cholic acid, glycocholic acid, kenodeoxycholic acid, hicolic acid, deoxycholic acid, lithocholic acid and ursodeoxycholic acid. Among them, preferred are cholic acid, deoxycholic acid and kenodeoxycholic acid, and more preferably kenodeoxycholic acid.
바람직한 공흡착제는 하기 식 (XVI) 으로 나타내는 화합물이다.Preferred coadsorbents are compounds represented by the following formula (XVI).
식 (XVI) 중, Ra 는 1 개만의 산성기 또는 그 염을 갖는 알킬기를 나타낸다. Rb 는 치환기를 나타내며, 그 예로는 상기 서술한 치환기 W 를 들 수 있다. 그리고, n 은 0 이상의 정수를 나타낸다. n 이 2 이상의 정수인 경우, 복수의 Rb 는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 그 구체적인 화합물의 예로는 상기 언급한 스테로이드 골격을 갖는 화합물로서 예시한 화합물을 들 수 있다.In formula (XVI), Ra represents the alkyl group which has only one acidic group or its salt. Rb represents a substituent, and the substituent W mentioned above is mentioned as an example. And n represents an integer of 0 or more. When n is an integer of 2 or more, a plurality of Rb may be the same or different from each other. Examples of such specific compounds include compounds exemplified as the compounds having the above-mentioned steroid backbone.
본 발명에 사용될 수 있는 공흡착제는, 반도체 미립자에 흡착시킴으로써, 색소의 비효율적인 회합을 억제하는 효과 및 산화물 반도체 표면으로부터 전해질 중의 레독스계로의 역전자 이동을 방지하는 효과를 발휘한다.The coadsorbent which can be used in the present invention exhibits the effect of suppressing inefficient association of dyes by adsorbing to the semiconductor fine particles and preventing the reverse electron transfer from the oxide semiconductor surface to the redox system in the electrolyte.
[광전 변환 소자 및 색소 증감 태양전지][Photoelectric Conversion Element and Dye-Sensitized Solar Cell]
도 1 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 광전 변환 소자 (10) 는, 도전성 지지체 (1); 도전성 지지체 (1) 상에 설치되는, 상기 본 발명의 금속 착물 색소 (색소 21) 가 흡착된 다공질 반도체 미립자를 갖는 감광체층 (반도체막 또는 반도체층) (2); 전하 이동체층 (정공 수송층을 겸할 수 있음) (3); 및 대전극 (4) 을 포함한다. 반도체막이 설치된 도전성 지지체는 광전 변환 소자에 있어서 작용 전극으로서 기능한다. 본 구현예에서, 이 광전 변환 소자 (10) 는, 전지가 외부 회로 (6) 에 의해 일하도록 하는 전지 용도에 사용할 수 있도록 함으로써 색소 증감 태양전지 (100) 로서 작동되고 있다.As shown in FIG. 1, the
본 구현예에서, 수광 전극 (5) 은, 도전성 지지체 (1); 및 도전성 지지체 상에 도포되는, 색소 화합물 (21) 이 흡착된 반도체 미립자 (22) 를 함유하는 감광체층 (2) 을 포함하는 전극이다. 본 구현예에서, 전해질은 수광 전극 (5) 에 포함되지만, 이것은 감광체층 (2) 과 전하 이동체층 (3) 의 어느 하나 또는 모두에 포함된다. 감광체층 (2) 은 목적에 따라 설계되어 단층 구성 또는 다층 구성일 수 있다. 감광체층 중 한 층에 있는 색소 화합물 (21) 은 1 종 또는 복수 종의 혼합물일 수 있으며, 그 화합물 중 적어도 1 종으로는 전술한 본 발명의 금속 착물 색소를 사용한다. 감광체층 (2) 에 입사한 광은 색소를 여기시킨다. 여기 색소는 에너지가 높은 전자를 가지고 있어 이 전자들이 색소 화합물 (21) 로부터 반도체 미립자 (22) 의 전도대로 이동하고 나아가 확산에 의해 도전성 지지체 (1) 에 도달한다. 이때, 금속 착물 색소는 산화체이지만; 색소 증감 태양전지에서, 전극 상의 전자가 외부 회로 (6) 에서 일하면서 색소의 산화물로 되돌아오며, 이때 색소 증감 광전 변환 소자가 이 전지의 음극으로서 일한다. 본 발명에 있어서 광전 변환 소자 및 색소 증감 태양전지에 사용되는 재료 및 각 부재의 제조 방법에 대해서는, 당업계의 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 상기 재료 및 방법은 예를 들어 미국 특허 제 4,927,721 호, 미국 특허 제 4,684,537 호, 미국 특허 제 5,084,365 호, 미국 특허 제 5,350,644,호, 미국 특허 제 5,463,057 호, 미국 특허 제 5,525,440 호, JP-A-7-249790 호, JP-A-2004-220974 호 및 JP-A-2008-135197 호를 참조할 수 있다. 이하, 주된 부재에 대해 적당히 설명한다.In this embodiment, the light receiving electrode 5 includes a conductive support 1; And the photoconductor layer 2 containing the
도전성 지지체는 금속과 같이 지지체 그 자체에 도전성이 있는 것이거나, 또는 표면에 도전층을 갖는 유리 또는 중합체 물질로 된 지지체이다. 지지체로서는, 유리 및 플라스틱 외에, 세라믹 (JP-A-2005-135902 호), 도전성 수지 (JP-A-2001-160425 호) 등을 이용할 수 있다. 지지체에는, 표면에 광 매니지먼트 기능을 부여할 수 있으며, 예를 들어 JP-A-2003-123859 호에 기재된 고굴절률 막 및 저굴절률의 산화물막을 교대로 적층한 반사 방지막, 및 JP-A-2002-260746 호에 기재된 광 가이드 기능을 들 수 있다.The conductive support is a support made of glass or a polymer material having a conductive layer on its surface or a conductive material such as a metal. As the support, in addition to glass and plastic, ceramics (JP-A-2005-135902), conductive resins (JP-A-2001-160425) and the like can be used. An optical management function can be provided to a support body, for example, the anti-reflection film which alternately laminated the high refractive index film | membrane of JP-A-2003-123859, and the low refractive index oxide film, and JP-A-2002- The light guide function of 260746 is mentioned.
도전막 층의 두께는 0.01 내지 30 μm 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.03 내지 25 μm 이고, 특히 바람직하게는 0.05 내지 20 μm 이다. It is preferable that the thickness of a conductive film layer is 0.01-30 micrometers, More preferably, it is 0.03-25 micrometers, Especially preferably, it is 0.05-20 micrometers.
도전성 지지체는 실질적으로 투명한 것이 바람직하다. "실질적으로 투명하다" 라는 용어는 광의 투과율이 10% 이상인 것을 의미하며, 50% 이상인 것이 바람직하고, 80% 이상이 특히 바람직하다. 투명 도전성 지지체로서는, 유리 또는 플라스틱에 도전성의 금속 산화물을 도포하여 형성한 지지체가 바람직하다. 이 경우, 도전성의 금속 산화물의 도포량은, 유리 또는 플라스틱으로 된 지지체 1 m2 당 0.1 내지 100 g 이 바람직하다. 투명 도전성 지지체를 사용하는 경우, 광은 지지체측으로부터 입사하는 것이 바람직하다.It is preferable that the conductive support is substantially transparent. The term "substantially transparent" means that the light transmittance is at least 10%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 80%. As a transparent conductive support body, the support body which apply | coated and formed electroconductive metal oxide to glass or plastic is preferable. In this case, the application amount of the conductive metal oxide is preferably 0.1 to 100 g per 1 m 2 of glass or plastic support. When using a transparent conductive support, it is preferable that light enters from the support side.
반도체 미립자로는, 금속의 칼코게나이드 (예를 들어, 산화물, 황화물 및 셀렌화물 등) 의 미립자, 또는 페로브스카이트의 미립자가 바람직하게 사용될 수 있다. 금속의 칼코게나이드의 바람직한 예로는, 티탄, 주석, 아연, 텅스텐, 지르코늄, 하프늄, 스트론튬, 인듐, 세륨, 이트륨, 란탄, 바나듐, 니오브 또는 탄탈의 산화물, 황화카드뮴, 및 셀렌화카드뮴을 들 수 있다. 페로브스카이트의 바람직한 예로는 티탄산스트론튬 및 티탄산칼슘을 들 수 있다. 이들 중, 산화티탄, 산화아연, 산화주석, 및 산화텅스텐이 특히 바람직하다.As the semiconductor fine particles, fine particles of metal chalcogenides (for example, oxides, sulfides and selenides) or fine particles of perovskite can be preferably used. Preferred examples of chalcogenides of metals include oxides of titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium or tantalum, cadmium sulfide, and cadmium selenide. have. Preferred examples of perovskite include strontium titanate and calcium titanate. Among these, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and tungsten oxide are particularly preferable.
티타니아의 결정 구조의 예로서는, 아나타제형, 브루카이트형 및 루틸형 구조를 들 수 있으며, 아나타제형 및 브루카이트형 구조가 본 발명에 바람직하다. 티타니아 나노튜브/나노와이어/나노로드를 티타니아 미립자와 혼합하거나, 또는 반도체 전극으로서 사용할 수 있다.Examples of the crystal structure of titania include anatase type, brookite type and rutile type structures, and anatase type and brookite type structures are preferable in the present invention. Titania nanotubes / nanowires / nanorods can be mixed with titania particulates or used as semiconductor electrodes.
반도체 미립자의 입경은 투영 면적을 원으로 변환할 때의 직경을 사용한 평균 입경으로서 나타내며, 1 차 입자로서 0.001 내지 1 μm, 분산물의 평균 입경으로서 0.01 내지 100 μm 인 것이 바람직하다. 반도체 미립자를 도전성 지지체 상에 도포하는 방법의 예로서는 습식법, 건식법 또는 그 밖의 방법을 들 수 있다.The particle diameter of the semiconductor fine particles is expressed as an average particle diameter using a diameter when converting the projected area into a circle, preferably 0.001 to 1 m as the primary particles and 0.01 to 100 m as the average particle diameter of the dispersion. As a method of apply | coating a semiconductor fine particle on a conductive support body, a wet method, a dry method, or another method is mentioned.
투명 도전막과 감광체층 (산화물 반도체층) 사이에는, 전해액과 전극 사이에 직접 접촉에 의한 역전류를 방지하기 위해, 단락 방지층을 형성하는 것이 바람직하다. 수광 전극과 대전극 간의 접촉을 방지하기 위해 스페이서 또는 세퍼레이터를 사용하는 것이 바람직하다. 반도체 미립자는 다량의 색소를 표면에 흡착할 수 있도록 표면적이 큰 것이 바람직하다. 예를 들어, 반도체 미립자를 지지체 상에 도포한 상태에서, 그 표면적이 투영 면적에 대해 10 배 이상인 것이 바람직하고, 100 배 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 값의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 통상 그 상한은 약 5000 배이다. 일반적으로, 반도체 미립자 층의 두께가 크면 단위면적 당에 담지할 수 있는 색소의 양이 증가하기 때문에 따라서 광의 흡수 효율이 높아진다. 그러나, 발생한 전자의 확산 거리가 늘어나기 때문에 전하 재결합에 의한 손실도 또한 증가한다. 반도체 미립자층의 바람직한 두께는 소자의 용도에 따라 상이할 수 있지만, 그 두께는 전형적으로는 0.1 내지 100 μm 이다. 반도체 미립자층의 두께는 광전 변환 소자를 색소 증감 태양전지로서 사용하는 경우 1 내지 50 μm 인 것이 바람직하고, 3 내지 30 μm 인 것이 보다 바람직하다. 반도체 미립자는 지지체에 도포한 후에 입자의 응집을 일으키기 위해 100 내지 800 ℃ 의 온도에서 10 분 내지 10 시간 소성할 수 있다. 유리 지지체를 사용하는 경우, 막 형성 온도는 400 내지 60 ℃ 가 바람직하다. It is preferable to form a short circuit prevention layer between a transparent conductive film and a photosensitive member layer (oxide semiconductor layer), in order to prevent reverse current by direct contact between electrolyte solution and an electrode. It is preferable to use a spacer or a separator to prevent contact between the light receiving electrode and the counter electrode. It is preferable that semiconductor microparticles | fine-particles have a large surface area so that a large amount of pigment | dye may be adsorb | sucked on a surface. For example, in the state which apply | coated the semiconductor fine particle on the support body, it is preferable that it is 10 times or more with respect to a projection area, and it is more preferable that it is 100 times or more. Although the upper limit of this value is not specifically limited, Usually, the upper limit is about 5000 times. In general, when the thickness of the semiconductor fine particle layer is large, the amount of dye that can be supported per unit area increases, so that the light absorption efficiency is increased. However, as the diffusion distance of the generated electrons increases, the loss due to charge recombination also increases. The preferred thickness of the semiconductor fine particle layer may vary depending on the use of the device, but the thickness is typically 0.1 to 100 μm. When using a photoelectric conversion element as a dye-sensitized solar cell, it is preferable that it is 1-50 micrometers, and, as for the thickness of a semiconductor fine particle layer, it is more preferable that it is 3-30 micrometers. The semiconductor fine particles may be calcined for 10 minutes to 10 hours at a temperature of 100 to 800 ° C. after application to the support to cause the particles to aggregate. In the case of using a glass support, the film formation temperature is preferably 400 to 60 ° C.
반도체 미립자의 지지체 1 m2 당 도포량은 0.5 내지 500 g 이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5 내지 100 g 이다. 색소의 전체 사용량은 지지체 1 m2 당 0.01 내지 100 밀리몰이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 50 밀리몰, 특히 바람직하게는 0.1 내지 10 밀리몰이다. 이 경우, 본 발명의 색소의 사용량은 5 몰% 이상으로 조정하는 것이 바람직하다. 색소의 반도체 미립자에 대한 흡착량은 반도체 미립자 1 g 에 대해 0.001 내지 1 밀리몰이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.5 밀리몰이다. 이와 같은 범위로 색소량을 조정함으로써, 반도체에 있어서의 증감 효과가 충분히 얻어질 수 있다. 한편, 색소량이 너무 적으면 증감 효과가 불충분하고, 색소량이 너무 많으면 반도체에 부착되어 있지 않은 색소 부분이 부유하여 증감 효과를 저감시키는 원인이 된다. 산화물 반도체에 대한 색소 흡착은 단층 흡착인 것이 바람직하다. 다층 흡착이 일어나면, 전자들을 효율적으로 산화물 반도체중에 주입하지 못하여 변환 효율이 저하한다. 산화물 반도체에 흡착시킬 때 앵커로서 작용하는 산성기를 갖지 않는 리간드가 색소에 알킬기 또는 알키닐기 등의 기를 갖는 경우, 효율적으로 자체 조직화가 이루어져 단층 흡착이 촉진된다. 회합 등 색소 분자 간의 상호작용을 저감시킬 목적으로 무색의 화합물을 공흡착시킬 수 있다. 공흡착시키는 소수성 화합물의 예로는 상기 서술한 공흡착제를 들 수 있다. 본 발명에 따른 식 (I) 으로 나타내는 구조를 갖는 리간드 LL1 을 함유하는 금속 착물 색소가 염인 경우, 상기 식 (I) 으로 나타내는 구조를 갖는 리간드 LL1 을 함유하는 금속 착물 색소의 카운터 이온은 특별히 한정되지 않는다. 그 예로는 알칼리 금속 이온 및 4 급 암모늄 이온을 들 수 있다.The coating amount per 1 m 2 of the support of the semiconductor fine particles is preferably 0.5 to 500 g, more preferably 5 to 100 g. The total amount of the dye used is preferably 0.01 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 50 mmol, particularly preferably 0.1 to 10 mmol, per m 2 of the support. In this case, it is preferable to adjust the usage-amount of the pigment | dye of this invention to 5 mol% or more. As for the adsorption amount of a pigment | dye with respect to the semiconductor fine particle, 0.001-1 mmol is preferable with respect to 1 g of semiconductor fine particles, More preferably, it is 0.1-0.5 mmol. By adjusting the dye amount in such a range, the sensitization effect in a semiconductor can fully be acquired. On the other hand, if the amount of the dye is too small, the sensitization effect is insufficient. If the amount of the dye is too large, the portion of the dye that is not attached to the semiconductor is suspended, which causes a decrease in the sensitizing effect. It is preferable that the pigment | dye adsorption to an oxide semiconductor is single layer adsorption. If multilayer adsorption occurs, the electrons cannot be efficiently injected into the oxide semiconductor and the conversion efficiency is lowered. When the ligand which does not have an acidic group acting as an anchor when adsorbed to an oxide semiconductor has a group such as an alkyl group or an alkynyl group in the dye, self-organization is efficiently performed to promote monolayer adsorption. A colorless compound can be co-adsorbed for the purpose of reducing the interaction between pigment molecules such as association. Examples of the hydrophobic compound to be co-adsorbed include the co-adsorbents described above. When the metal complex dye containing the ligand LL1 having the structure represented by the formula (I) according to the present invention is a salt, the counter ion of the metal complex dye containing the ligand LL1 having the structure represented by the formula (I) is not particularly limited. Do not. Examples thereof include alkali metal ions and quaternary ammonium ions.
색소를 흡착한 후에, 아민을 이용해 반도체 미립자의 표면을 처리할 수 있다. 바람직한 아민으로서는 4-tert-부틸피리딘, 및 폴리비닐피리딘을 들 수 있다. 이들은 액체의 경우에는 그대로 이용할 수 있거나, 또는 유기 용매에 용해한 상태로 이용할 수 있다. 전하 이동층은, 색소의 산화체에 전자를 보충하는 기능을 갖는 층이며, 수광 전극과 대전극과의 사이에 형성된다. 전하 이동층을 형성하는 재료의 대표적인 예로서는, 산화 환원쌍을 유기 용매에 용해하여 제조한 액체, 및 산화 환원쌍을 유기 용매에 용해하여 제조한 액체를 중합체 매트릭스에 함침시켜 수득한 소위 겔 전해질, 및 산화 환원쌍을 함유하는 용융 염을 들 수 있다.After adsorb | sucking a pigment | dye, an amine can be used to process the surface of semiconductor fine particles. Preferred amines include 4-tert-butylpyridine and polyvinylpyridine. These liquids can be used as they are, or can be used in a state dissolved in an organic solvent. The charge transfer layer is a layer having a function of supplementing electrons to the oxidant of the dye, and is formed between the light receiving electrode and the counter electrode. Representative examples of the material for forming the charge transfer layer include a so-called gel electrolyte obtained by impregnating a liquid prepared by dissolving a redox pair in an organic solvent and a liquid prepared by dissolving a redox pair in an organic solvent, and The molten salt containing a redox pair is mentioned.
상기한 액상 전해질 및 준-고상 전해질 대신에 p 형 반도체 또는 홀 수송 재료 등의 고체 전하 수송계도 또한 이용할 수 있다. 고체 전하 수송층으로서는 유기 홀 수송 재료를 이용할 수 있다.Instead of the liquid electrolyte and the quasi-solid electrolyte described above, a solid charge transport system such as a p-type semiconductor or hole transport material may also be used. As the solid charge transport layer, an organic hole transport material can be used.
산화 환원쌍은 전자의 캐리어가 되므로, 어느 정도의 농도가 필요하다. 바람직한 전체 농도는 0.01 몰/L 이상이며, 보다 바람직하게는 0.1 몰/L 이상이며, 특히 바람직하게는 0.3 몰/L 이상이다. 이 경우의 상한에는 특별히 제한은 없지만, 통상 약 5 몰/L 이다.Since the redox pair becomes a carrier of the electrons, a certain concentration is required. Preferable total concentration is 0.01 mol / L or more, More preferably, it is 0.1 mol / L or more, Especially preferably, it is 0.3 mol / L or more. Although there is no restriction | limiting in particular in the upper limit in this case, Usually, it is about 5 mol / L.
대전극은 광전기화학 전지의 양극으로서 일하는 전극이다. 대전극은 통상 상기한 도전성 지지체와 동일 의미이지만, 강도가 충분히 유지되기 쉬운 구성에서는 지지체가 반드시 필요한 것은 아니다. 대전극의 바람직한 구조는, 집전 효과가 높은 구조이다. 광도전체층에 광이 도달하기 위해서는, 전술한 도전성 지지체와 대전극 중 적어도 하나가 실질적으로 투명해야 한다. 본 발명의 광전기화학 전지에 있어서는, 도전성 지지체가 투명해 태양광을 지지체측으로부터 주입시킬 수 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 대전극은 광을 반사하는 성질을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 광전기화학 전지의 대전극으로서는, 금속 또는 도전성의 산화물을 증착시킨 유리 또는 플라스틱 판이 바람직하고, 백금을 증착시킨 유리판이 특히 바람직하다. 광전기화학 전지에서는, 구성성분의 증발을 방지하기 위해서, 전지의 측면을 중합체, 접착제 등으로 밀봉하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여 얻어지는 본 발명의 광전기화학 전지의 특성은, 일반적으로는 AM 1.5 G 에서 100 mW/cm2 작동시, 개방 회로 전압 0.01 내지 1.5 V, 단락 전류 밀도 0.001 내지 20 mA/cm2, 형상 인자 0.1 내지 0.9, 및 변환 효율 0.001 내지 25% 이다.The counter electrode is an electrode that works as an anode of a photoelectrochemical cell. The counter electrode usually has the same meaning as the above-described conductive support, but the support is not necessarily required in a configuration in which strength is easily maintained. The preferable structure of the counter electrode is a structure having high current collecting effect. In order for light to reach the photoconductor layer, at least one of the above-described conductive support and counter electrode must be substantially transparent. In the photoelectrochemical cell of this invention, it is preferable that a conductive support body is transparent and can inject sunlight from a support body side. In this case, it is more preferable that the counter electrode has a property of reflecting light. As the counter electrode of the photoelectrochemical cell, a glass or plastic plate on which a metal or conductive oxide is deposited is preferable, and a glass plate on which platinum is deposited is particularly preferable. In a photoelectrochemical cell, in order to prevent evaporation of components, it is preferable to seal the side surface of a battery with a polymer, an adhesive agent, etc. The characteristics of the photoelectrochemical cell of the present invention thus obtained are, in general, 100 mW / cm 2 operation at AM 1.5 G, open circuit voltage 0.01 to 1.5 V, short circuit current density 0.001 to 20 mA / cm 2 , shape factor 0.1 to 0.9, and conversion efficiency of 0.001 to 25%.
실시예Example
<예시 색소의 제조><Example Preparation of Pigment>
(예시 화합물 D-1-1a 의 제조)(Example Preparation of Compound D-1-1a)
하기의 스킴에 제시된 방법에 따라 예시 색소 D-1-1a 를 제조했다.Exemplary pigment D-1-1a was prepared according to the method given in the scheme below.
(i) 화합물 d-1-2 의 제조(i) Preparation of Compound d-1-2
화합물 d-1-1 25 g, Pd(dba) 33.8 g, 트리페닐포스핀 8.6 g, 요오드화 구리 2.5 g, 및 1-헵틴 25.2 g 을 트리에틸아민 70 mL 및 테트라히드로푸란 50 mL 에 첨가하였다. 수득한 혼합물을 실온에서 교반하고, 80 ℃ 에서 4.5 시간 교반했다. 농축 후, 칼럼 크로마토그래피로 정제함으로써 화합물 d-1-2 26.4 g 을 얻었다. 25 g of compound d-1-1, 33.8 g of Pd (dba), 8.6 g of triphenylphosphine, 2.5 g of copper iodide, and 25.2 g of 1-heptin were added to 70 mL of triethylamine and 50 mL of tetrahydrofuran. The obtained mixture was stirred at room temperature and stirred at 80 ° C. for 4.5 hours. After concentration, 26.4 g of compound d-1-2 was obtained by purification by column chromatography.
(ii) 화합물 d-1-4 의 제조(ii) Preparation of Compound d-1-4
화합물 d-1-3 6.7 g 을 질소 분위기 하, -15 ℃ 에서 THF (테트라히드로푸란) 200 mL 에 용해하고, 별도 제조한 LDA (리튬 디이소프로필아미드) 를 화합물 d-1-3 의 2.5 당량으로 적가하고, 수득한 혼합물을 75 분 동안 교반했다. 그 후, 화합물 d-1-2 15 g 을 THF 30 mL 에 용해한 용액을 적가하고, 수득한 혼합물을 0 ℃ 에서 1 시간 교반하고, 실온에서 밤새 교반했다. 농축 후, 물 150 mL 를 첨가하고, 수득한 액체를 염화 메틸렌 150 mL 로 분액 및 추출하고, 수득한 유기층을 염수로 세정하고, 유기층을 농축했다. 얻어진 결정을 메탄올로 재결정화한 후, 화합물 d-1-4 18.9 g 을 얻었다. 6.7 g of compound d-1-3 was dissolved in 200 mL of THF (tetrahydrofuran) at -15 ° C under a nitrogen atmosphere, and 2.5 equivalents of compound d-1-3 was separately prepared LDA (lithium diisopropylamide). Was added dropwise and the resulting mixture was stirred for 75 minutes. Then, the solution which melt | dissolved 15 g of compound d-1-2 in 30 mL of THF was added dropwise, and the obtained mixture was stirred at 0 degreeC for 1 hour, and it stirred at room temperature overnight. After concentration, 150 mL of water was added, the obtained liquid was separated and extracted with 150 mL of methylene chloride, the obtained organic layer was washed with brine, and the organic layer was concentrated. After recrystallizing the obtained crystals with methanol, 18.9 g of compound d-1-4 was obtained.
(iii) 화합물 d-1-5 의 제조(iii) Preparation of Compound d-1-5
화합물 d-1-4 13.2 g 및 PPTS (피리디늄 파라-톨루엔술포네이트) 1.7 g 을, 톨루엔 1000 mL 에 첨가하고, 수득한 혼합물을 질소 분위기 하에서 5 시간 가열 환류를 실시했다. 농축 후, 수득한 액체를 포화 탄산수소나트륨 수용액 및 염화 메틸렌으로 분액하고, 수득한 유기층을 농축했다. 얻어진 결정을 메탄올 및 염화 메틸렌으로 재결정화하여, 화합물 d-1-5 11.7 g 을 얻었다.13.2 g of compound d-1-4 and 1.7 g of PPTS (pyridinium para-toluenesulfonate) were added to 1000 mL of toluene, and the obtained mixture was heated to reflux for 5 hours under a nitrogen atmosphere. After concentration, the obtained liquid was separated into saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and methylene chloride, and the obtained organic layer was concentrated. The obtained crystals were recrystallized from methanol and methylene chloride to give 11.7 g of a compound d-1-5.
(iv) 예시 색소 D-1-1a 의 제조(iv) Preparation of Exemplary Dye D-1-1a
화합물 d-1-5 4.0 g 및 화합물 d-1-6 2.2 g 을 DMF 60 mL 에 첨가하고, 수득한 혼합물을 70 ℃ 에서 4 시간 교반했다. 그 후, 화합물 d-1-7 2.1 g 을 첨가하고, 수득한 혼합물을 160 ℃ 에서 3.5 시간 가열 교반했다. 그 후, 티오시안산 암모늄 19.0 g 을 첨가하고, 수득한 혼합물을 130 ℃ 에서 5 시간 교반했다. 농축 후, 물 1.3 mL 를 첨가하고, 수득한 혼합물을 여과하고, 수득한 케이크를 디에틸 에테르로 세정했다. 조질의 정제물을 TBAOH (테트라부틸암모늄 히드록시드) 과 함께 메탄올 용액에 용해하고, Sephadex LH-20 칼럼으로 정제했다. 주층의 분획을 회수하고, 농축 후 0.2 M 질산 용액을 첨가하고, 침전물을 여과하고, 물 및 디에틸 에테르로 세정하여, 화합물 D-1-1b 600 mg 을 얻었다. 정제물을 메탄올 용액에 용해하고, 질산 1 M 을 첨가하고, 침전물을 여과 후, 물 및 디에틸 에테르로 세정하여, 화합물 D-1-1a 를 570 mg 얻었다. 화합물 D-1-1b 를 TBAOH 메탄올 용액으로 처리 후, 물을 첨가하고, 침전물을 여과하고, 화합물 D-1-1c 를 잔사로서 얻었다.4.0 g of compound d-1-5 and 2.2 g of compound d-1-6 were added to 60 mL of DMF, and the obtained mixture was stirred at 70 ° C. for 4 hours. Thereafter, 2.1 g of the compound d-1-7 was added, and the obtained mixture was heated and stirred at 160 ° C. for 3.5 hours. Then, 19.0 g of ammonium thiocyanate was added, and the obtained mixture was stirred at 130 degreeC for 5 hours. After concentration, 1.3 mL of water was added, the obtained mixture was filtered, and the obtained cake was washed with diethyl ether. The crude purified was dissolved in methanol solution with TBAOH (tetrabutylammonium hydroxide) and purified on Sephadex LH-20 column. Fractions of the main layer were collected, concentrated and 0.2 M nitric acid solution was added, the precipitate was filtered off, washed with water and diethyl ether to obtain 600 mg of compound D-1-1b. The purified product was dissolved in a methanol solution, 1M nitric acid was added, and the precipitate was filtered and washed with water and diethyl ether to obtain 570 mg of compound D-1-1a. After treating compound D-1-1b with TBAOH methanol solution, water was added and the precipitate was filtered to obtain compound D-1-1c as a residue.
얻어진 화합물 D-1-1a 의 구조는 NMR 측정 및 MS 측정에 의해 확인했다.The structure of the obtained compound D-1-1a was confirmed by NMR measurement and MS measurement.
얻어진 예시 색소 D-1-1a 를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 568 nm 였다.When obtained example pigment | dye D-1-1a was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1v / v%) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out , The maximum absorption wavelength was 568 nm.
(예시 색소 D-1-21a 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-1-21a)
하기의 스킴에 제시된 방법에 따라 화합물 d-2-4 를 제조하고, 예시 색소 D-1-1a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-1-21a 를 제조했다. Compound d-2-4 was prepared according to the method shown in the following scheme, and exemplary pigment D-1-21a was prepared in the same manner as exemplary pigment D-1-1a.
얻어진 화합물 D-1-21a 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다. The structure of obtained compound D-1-21a was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z = 1125.2(M-H)+ MS-ESI m / z = 1125.2 (MH) +
얻어진 예시 색소를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 570 nm 였다.When the obtained example pigment | dye was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, 0.1-v / v% of a trifluoroacetic acid) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out, the absorption maximum wavelength will be 570 nm.
(예시 색소 D-1-16a 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-1-16a)
하기의 스킴에 제시된 방법에 따라 화합물 d-3-2 를 제조하고, 예시 색소 D-1-1a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-1-16a 를 제조했다. Compound d-3-2 was prepared according to the method shown in the following scheme, and exemplary pigment D-1-16a was prepared in the same manner as exemplary pigment D-1-1a.
얻어진 화합물 D-1-16a 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다. The structure of obtained compound D-1-16a was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z = 1315.4(M-H)+ MS-ESI m / z = 1315.4 (MH) +
얻어진 예시 색소를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 574 nm 였다.When the obtained example pigment | dye was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, 0.1-v / v% of a trifluoroacetic acid) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out, the absorption maximum wavelength will be 574 nm.
(예시 색소 D-1-17a 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-1-17a)
하기의 스킴에 제시된 방법에 따라 화합물 d-4-3 을 제조하고, 예시 색소 D-1-1a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-1-17a 를 제조했다. Compound d-4-3 was prepared according to the method shown in the following scheme, and exemplary pigment D-1-17a was prepared in the same manner as exemplary pigment D-1-1a.
얻어진 화합물 D-1-17a 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다. The structure of obtained compound D-1-17a was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z = 1367.6(M-H)+ MS-ESI m / z = 1367.6 (MH) +
얻어진 예시 색소를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 572 nm 였다.When the obtained example pigment | dye was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, 0.1-v / v% of a trifluoroacetic acid) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out, the absorption maximum wavelength will be 572 nm.
(예시 색소 D-1-22a 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-1-22a)
하기의 스킴에 제시된 방법에 따라 화합물 d-5-6 을 제조하고, 예시 색소 D-1-1a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-1-22a 를 제조했다. Compound d-5-6 was prepared according to the method shown in the following scheme, and exemplified dye D-1-22a was prepared in the same manner as exemplified dye D-1-1a.
얻어진 화합물 D-1-22a 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다. The structure of obtained compound D-1-22a was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z = 1017.1(M-H)+ MS-ESI m / z = 1017.1 (MH) +
얻어진 예시 색소를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 570 nm 였다.When the obtained example pigment | dye was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, 0.1-v / v% of a trifluoroacetic acid) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out, the absorption maximum wavelength will be 570 nm.
(예시 색소 D-1-23a 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-1-23a)
하기의 스킴에 제시된 방법에 따라 화합물 d-6-3 을 제조하고, 예시 색소 D-1-1a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-1-23a 를 제조했다. Compound d-6-3 was prepared according to the method shown in the following scheme, and exemplary pigment D-1-23a was prepared in the same manner as exemplary pigment D-1-1a.
얻어진 화합물 D-1-23a 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다. The structure of obtained compound D-1-23a was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z = 1121.2(M-H)+ MS-ESI m / z = 1121.2 (MH) +
얻어진 예시 색소를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 571 nm 였다.When the obtained example pigment | dye was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, 0.1-v / v% of a trifluoroacetic acid) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out, the absorption maximum wavelength will be 571 nm.
(예시 색소 D-1-24a 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-1-24a)
화합물 d-2-2 대신에 화합물 d-7-1 을 이용한 것 외에는, 예시 색소 D-1-21a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-1-24a 를 제조했다.Exemplary dye D-1-24a was produced in the same manner as Exemplary Dye D-1-21a except that Compound d-7-1 was used instead of Compound d-2-2.
얻어진 화합물 D-1-24a 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다. The structure of obtained compound D-1-24a was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z = 1041.1(M-H)+ MS-ESI m / z = 1041.1 (MH) +
얻어진 예시 색소 D-1-24a 를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 570 nm 였다.When obtained example pigment | dye D-1-24a was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out , The maximum absorption wavelength was 570 nm.
(예시 색소 D-9-1a 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-9-1a)
화합물 d-1-7 대신에 화합물 d-8-1 을 이용한 것 외에는, 예시 색소 D-1-1a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-9-1a 를 제조했다.Exemplary dye D-9-1a was produced in the same manner as Exemplary Dye D-1-1a, except that Compound d-8-1 was used instead of Compound d-1-7.
얻어진 화합물 D-9-1a 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다. The structure of obtained compound D-9-1a was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z = 1021.1(M-H)+ MS-ESI m / z = 1021.1 (MH) +
얻어진 예시 색소를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 566 nm 였다.When the obtained example pigment | dye was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, 0.1-v / v% of a trifluoroacetic acid) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out, the absorption maximum wavelength will be 566 nm.
(예시 색소 D-1-8a 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-1-8a)
화합물 d-1-2 대신에 화합물 d-9-2 를 이용한 것 외에는, 예시 색소 D-1-1a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-1-8a 를 제조했다.Exemplary dye D-1-8a was produced in the same manner as Exemplary Dye D-1-1a, except that Compound d-9-2 was used instead of Compound d-1-2.
얻어진 화합물 D-1-8a 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다. The structure of obtained compound D-1-8a was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z = 989.2(M-H)+ MS-ESI m / z = 989.2 (MH) +
얻어진 예시 색소를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 565 nm 였다.When the obtained example pigment | dye was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, 0.1-v / v% of a trifluoroacetic acid) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out, the absorption maximum wavelength will be 565 nm.
(예시 색소 D-2-8 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-2-8)
티오시안산 암모늄 대신에 트리플루오로아세틸아세톤 및 탄산세슘을 이용하고, 반응 후, 조질의 정제물을 Sephadex LH-20 칼럼으로 정제한 후, 0.2 N 질산 용액으로 처리하고, 여과한 후, 잔사를 진한 암모니아 수용액에 현탁시키는 것 외에는, 상기한 예시 색소 D-1-1a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-2-8 을 제조했다.Trifluoroacetylacetone and cesium carbonate were used instead of ammonium thiocyanate, and after the reaction, the crude product was purified by Sephadex LH-20 column, treated with 0.2 N nitric acid solution, filtered and the residue was Except having suspended in the concentrated aqueous ammonia solution, Exemplary Dye D-2-8 was produced in the same manner as the Exemplified Dye D-1-1a.
얻어진 화합물 D-2-8 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다. The structure of obtained compound D-2-8 was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z = 914.9(M-H)+ MS-ESI m / z = 914.9 (MH) +
얻어진 예시 색소를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 562 nm 였다.When the obtained example pigment | dye was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, 0.1-v / v% of a trifluoroacetic acid) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out, the absorption maximum wavelength will be 562 nm.
(예시 색소 D-7-1 의 제조) (Example Preparation of Pigment D-7-1)
(i) 화합물 d-10-2 의 제조(i) Preparation of Compound d-10-2
화합물 d-10-1 5.0 g 및 화합물 d-1-5 1 당량을 에틸렌 글리콜 250 mL 에 첨가하고, 수득한 혼합물을 질소 분위기 하에서 차광 조건 하에 1 시간 가열 환류를 실시했다. 그 후, 화합물 d-1-7 1 당량을 첨가하고, 수득한 혼합물을 130 ℃ 에서 2 시간 과열시켰다. 그 후, 수득한 유기층을 포화 차아황산나트륨 수용액 250 mL 로 세정하고, 여과했다. 수득한 케이크를 물 100 mL 및 디에틸 에테르 100 mL 로 세정했다. 건조 후, 화합물 d-10-2 8.2 g 을 얻었다.5.0 g of compound d-10-1 and 1 equivalent of compound d-1-5 were added to 250 mL of ethylene glycol, and the obtained mixture was heated to reflux for 1 hour under light-shielding conditions under a nitrogen atmosphere. Thereafter, 1 equivalent of compound d-1-7 was added, and the obtained mixture was superheated at 130 ° C. for 2 hours. Thereafter, the obtained organic layer was washed with 250 mL of saturated sodium hyposulfite aqueous solution and filtered. The cake obtained was washed with 100 mL of water and 100 mL of diethyl ether. After drying, 8.2 g of compound d-10-2 was obtained.
(ii) 예시 색소 D-7-1 의 제조(ii) Preparation of Exemplary Pigment D-7-1
화합물 d-10-2 4.2 g 및 티오시안산 암모늄 36.4 g 을 DMF 270 mL 및 물 135 mL 에 첨가하고, 수득한 혼합물을 140 ℃ 에서 3 시간 교반했다. 농축 후, 수득한 혼합물을 3 ℃ 로 냉각하고, 물 10 mL 를 첨가하고, 수득한 혼합물을 여과하고, 케이크를 디에틸 에테르로 세정했다. 조질의 정제물을 TBAOH (테트라부틸암모늄 히드록시드) 과 함께 메탄올 용액에 용해하고, Sephadex LH-20 칼럼으로 정제했다. 주층의 분획을 회수하고, 농축 후 질산 0.2 M 를 첨가하고, 침전물을 여과하고, 물 및 디에틸 에테르로 세정했다. 수득한 침전물을 다시 메탄올 용액에 용해하고, 질산 1 M 을 첨가하고, 침전물을 여과 후, 물 및 디에틸 에테르로 세정하여, 화합물 D-7-1 3.4 g 을 얻었다.4.2 g of compound d-10-2 and 36.4 g of ammonium thiocyanate were added to 270 mL of DMF and 135 mL of water, and the obtained mixture was stirred at 140 ° C. for 3 hours. After concentration, the obtained mixture was cooled to 3 ° C., 10 mL of water was added, the obtained mixture was filtered, and the cake was washed with diethyl ether. The crude purified was dissolved in methanol solution with TBAOH (tetrabutylammonium hydroxide) and purified on Sephadex LH-20 column. Fractions of the main layer were collected, concentrated and 0.2 M nitric acid was added, and the precipitate was filtered off and washed with water and diethyl ether. The obtained precipitate was dissolved in a methanol solution again, 1M nitric acid was added, and the precipitate was filtered and washed with water and diethyl ether to obtain 3.4 g of compound D-7-1.
얻어진 화합물 D-7-1 의 구조는 MS 측정에 의해 확인했다.The structure of the obtained compound D-7-1 was confirmed by MS measurement.
MS-ESI m/z:1111.2(M-H)+ MS-ESI m / z: 1111.2 (MH) +
얻어진 예시 색소를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 610 nm 였다.When the obtained example pigment | dye was manufactured so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L in THF / water (= 6: 4, 0.1-v / v% of a trifluoroacetic acid) solvent, and the spectral absorption measurement was carried out, the absorption maximum wavelength will be 610 nm.
(예시 색소 D-8-1a 의 제조)(Example Preparation of Pigment D-8-1a)
하기의 스킴에 제시된 방법에 따라 예시 색소 D-1-1a 와 같은 방식으로 예시 색소 D-8-1a 를 제조했다. Exemplary dye D-8-1a was prepared in the same manner as exemplary dye D-1-1a according to the method given in the scheme below.
얻어진 예시 색소 D-8-1a 를, THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용매로 색소의 농도가 8.5 μmol/L 가 되도록 제조하여 분광 흡수 측정을 실시하였을 때, 흡수 최대 파장은 580 nm 였다.When obtained example pigment | dye D-8-1a was manufactured by THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1v / v%) solvent so that the density | concentration of a pigment might be 8.5 micromol / L, and the spectral absorption measurement was carried out. , The maximum absorption wavelength was 580 nm.
상기한 방법으로 제조한 금속 착물 색소는 이하에 나타낸 것 및 그의 각각의 카운터 음이온이 테트라부틸암모늄 이온인 것을 함유한다.The metal complex dye produced by the above-mentioned method contains the thing shown below and that whose counter anion is tetrabutylammonium ion.
<실험 1>Experiment 1
(광전 변환 소자의 제조)(Fabrication of photoelectric conversion element)
유리 기판 위에, 투명 도전막으로서, 불소를 도핑한 산화 주석막을 스퍼터링에 의해 형성하고, 이 막을 레이저로 스크라이빙 (scribing) 하여 투명 도전막을 2 개의 부분으로 분할했다. 이 중 하나의 도전막 상에 아나타제형 산화 티탄 입자 (평균 입경:50 nm) 를 소결시켜, 수광 전극을 제조했다. 그 후, 실리카 입자와 루틸형 산화 티탄을 40:60 (질량비) 의 비로 함유하는 분산액을 제조하여, 이 분산액을 상기한 수광 전극 상에 도포 및 소결했다. 이에 의해, 절연성 다공체를 형성했다. 다음으로, 대전극으로서 탄소 전극을 형성하였다.On the glass substrate, a tin oxide film doped with fluorine was formed as a transparent conductive film by sputtering, and this film was scribed with a laser to divide the transparent conductive film into two parts. The anatase type titanium oxide particle (average particle diameter: 50 nm) was sintered on one of these electrically conductive films, and the light receiving electrode was produced. Thereafter, a dispersion liquid containing silica particles and rutile titanium oxide in a ratio of 40:60 (mass ratio) was produced, and the dispersion liquid was applied and sintered on the light receiving electrode described above. This formed the insulating porous body. Next, a carbon electrode was formed as a counter electrode.
다음으로, 절연성 다공체가 형성되어 있는 유리 기판을, 하기 표 1 에 제시된 각 증감 색소의 에탄올 용액 (3×10-4 몰/L) 에 48 시간 침지했다. 증감 색소가 염색된 유리를 4-tert-부틸피리딘의 10% 에탄올 용액에 30 분 동안 침지한 후, 그 유리를 에탄올로 세정하고 자연 건조시켰다. 이와 같이 하여 얻어진 감광층의 두께는 10 μm 이며, 반도체 미립자의 도포량은 20 g/m2 였다. 증감 색소의 도포량은, 증감 색소의 종류에 따라 적절히 0.1 내지 10 mmol/m2 의 범위에서 선택했다. Next, the glass substrate in which the insulating porous body was formed was immersed for 48 hours in the ethanol solution (3 * 10 <-4> mol / L) of each sensitizing dye shown in following Table 1. After sensitizing dye-dyed glass was immersed in a 10% ethanol solution of 4-tert-butylpyridine for 30 minutes, the glass was washed with ethanol and naturally dried. The thickness of the photosensitive layer thus obtained was 10 μm, and the coating amount of the semiconductor fine particles was 20 g / m 2 . The application amount of the sensitizing dye was suitably selected in the range of 0.1-10 mmol / m <2> according to the kind of sensitizing dye.
전해액으로서는, 요오드화 디메틸프로필이미다졸륨 (0.5 몰/L) 및 요오드 (0.1 몰/L) 의 메톡시프로피오니트릴 용액을 사용했다.As an electrolyte solution, a methoxypropionitrile solution of iodine dimethylpropylimidazolium (0.5 mol / L) and iodine (0.1 mol / L) was used.
(광전 변환 효율의 측정)(Measurement of Photoelectric Conversion Efficiency)
500 W 의 크세논 램프 (Ushio, Inc. 제조) 의 광을 AM1.5G 필터 (Oriel Instruments Corp. 제조) 및 샤프 컷오프 필터 (Kenko L-42, 상품명) 에 통과시킴으로써 자외선을 포함하지 않는 유사 (pseudo) 태양광을 발생시켰다. 이 광의 강도는 89 mW/cm2 였다. 제조한 광전 변환 소자에 이 광을 조사하고, 이에 의해 발생한 전기를 전류 전압 측정 장치 (Keithley-238 형, 상품명) 로 측정했다. 이렇게 구한 색소 증감 태양전지의 변환 효율을 측정한 결과를 하기 표 1 에 나타낸다. 결과는, 변환 효율이 7.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 7.0% 이상 7.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 6.7% 이상 7.0% 미만의 것을 ● 으로; 변환 효율이 6.5% 이상 6.7% 미만인 것을 △ 으로; 변환 효율이 6.5% 미만인 것을 × 로서 평가했다. 변환 효율이 6.7% 이상인 것을 합격으로 했다. Pseudo-free light by passing a light of a 500 W xenon lamp (manufactured by Ushio, Inc.) through an AM1.5G filter (manufactured by Oriel Instruments Corp.) and a sharp cutoff filter (Kenko L-42, trade name) Generated sunlight. The intensity of this light was 89 mW / cm 2 . This light was irradiated to the produced photoelectric conversion element, and the electricity generated by this was measured by the current voltage measuring device (Keithley-238 type, brand name). The results of measuring the conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell thus obtained are shown in Table 1 below. The result is that the conversion efficiency is 7.5% or more; Conversion efficiency is 7.0% or more and less than 7.5% to o; Conversion efficiency is 6.7% or more and less than 7.0%; △ that conversion efficiency is 6.5% or more and less than 6.7%; The conversion efficiency evaluated as less than 6.5% as x. The conversion efficiency was 6.7% or more as the pass.
[표 1] [Table 1]
비교 금속 착물 색소로서, 이하의 증감 색소 A 내지 E 를 사용했다.As the comparative metal complex dyes, the following sensitizing dyes A to E were used.
표 1 로부터, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용하여 제조한 색소 증감 태양전지는 변환 효율이 합격 수준임을 알았다. 이에 반해, 비교 색소를 사용한 경우에는, 변환 효율이 낮았다.From Table 1, it turned out that the dye-sensitized solar cell manufactured using the metal complex pigment | dye of this invention has conversion efficiency. On the other hand, when the comparative dye was used, the conversion efficiency was low.
<실험 2>Experiment 2
1. ITO 막용 원료 화합물 용액의 제조1. Preparation of raw compound solution for ITO membrane
염화 인듐 (III) 4 수화물 5.58 g 및 염화 주석 (II) 2 수화물 0.23 g 을 에탄올 100 mL 에 용해하여, ITO 막용 원료 화합물 용액을 제조했다. 5.58 g of indium chloride (III) tetrahydrate and 0.23 g of tin (II) chloride hydrate were dissolved in 100 mL of ethanol to prepare a raw compound solution for an ITO membrane.
2. FTO 막용 원료 화합물 용액의 제조2. Preparation of raw compound solution for FTO membrane
염화 주석 (IV) 5 수화물 0.701 g 을 에탄올 10 mL 에 용해하고, 이것에 불화 암모늄 포화 수용액 0.592 g 을 첨가했다. 이 혼합물을 초음파 배스에서 약 20 분에 걸쳐 완전하게 용해하여, FTO 막용 원료 화합물 용액을 제조했다. 0.701 g of tin chloride (IV) pentahydrate was dissolved in 10 mL of ethanol, and 0.592 g of saturated aqueous ammonium fluoride solution was added thereto. This mixture was completely dissolved in an ultrasonic bath for about 20 minutes to prepare a raw compound solution for FTO membrane.
그 다음, 두께 2 mm 의 내열 유리판의 표면에 화학 세정을 실시하여, 건조했다. 그 후, 이 유리판을 반응기 내에 넣고, 히터로 가열했다. 히터의 가열 온도가 450 ℃ 에 도달했을 때, 얻어진 ITO 막용 원료 화합물 용액을, 구경 0.3 mm 의 노즐로부터 압력 0.06 MPa 로 유리판까지의 거리를 400 mm 로 하여 25 분 동안 분무했다.Then, the surface of the heat resistant glass plate with a thickness of 2 mm was chemically washed, and dried. Then, this glass plate was put into the reactor and it heated with the heater. When the heating temperature of the heater reached 450 ° C, the obtained raw material compound solution for ITO membrane was sprayed for 25 minutes using a distance from the nozzle having a diameter of 0.3 mm to a glass plate at 400 mm at a pressure of 0.06 MPa.
이 ITO 막용 원료 화합물 용액의 분무 후, 유리판을 2 분 (이 사이 유리 기판 표면에 에탄올을 계속 분무하여 기판 표면 온도의 상승을 억제했다) 동안 방치하고, 히터의 가열 온도가 530 ℃ 에 도달했을 때, 얻어진 FTO 막용 원료 화합물 용액을 동일한 조건으로 2 분 30 초 동안 분무했다. 이로써, 내열 유리판 상에 두께 530 nm 의 ITO 막과 두께 170 nm 의 FTO 막이 순차 형성되어 있는 투명 전극판을 얻었다. After spraying the solution of the raw material compound for ITO membrane, the glass plate was left for 2 minutes (continuous spraying of ethanol on the surface of the glass substrate during this time to suppress the rise of the substrate surface temperature), and when the heating temperature of the heater reached 530 ° C. The obtained raw material compound solution for FTO membrane was sprayed for 2 minutes and 30 seconds under the same conditions. This obtained the transparent electrode plate in which the ITO film | membrane of thickness 530nm and the FTO film | membrane of thickness 170nm are formed in order on the heat resistant glass plate.
비교를 위해, 두께 2 mm 의 내열 유리판 위에 형성한 두께 530 mm 의 ITO 막만을 갖는 투명 전극판 및 동일하게 형성한 두께 180 nm 의 FTO 막만을 갖는 투명 전극판을 각각 제조했다.For comparison, a transparent electrode plate having only an ITO film having a thickness of 530 mm formed on a heat resistant glass plate having a thickness of 2 mm and a transparent electrode plate having only an FTO film having a thickness of 180 nm formed in the same manner were produced, respectively.
이들 3 종의 투명 전극판을 가열로에서 450 ℃ 에서 2 시간 동안 가열했다.These three transparent electrode plates were heated at 450 ° C. for 2 hours in a heating furnace.
다음으로, 상기 3 종의 투명 전극판을 이용하여 일본 특허 제 4260494 호의 도 2 에 제시된 구조의 색소 증감 태양전지를 제조했다. 산화물 반도체 다공질 막 (15) 의 형성은, 평균 입경 약 230 nm 의 산화 티탄 미립자를 아세토니트릴에 분산해 페이스트로 만들어 이 페이스트를 투명 전극 (11) 상에 바 코팅법에 의해 두께 15 μm 로 도포하고, 그 페이스트를 건조 후, 450 ℃ 에서 1 시간 소성함으로써 실시했다. 이 산화물 반도체 다공질 막 (15) 에 하기 표 2 에서 나타낸 색소를 담지했다.Next, the dye-sensitized solar cell of the structure shown by FIG. 2 of Unexamined-Japanese-Patent No. 4260494 was manufactured using the said three kinds of transparent electrode plates. The oxide semiconductor porous film 15 is formed by dispersing titanium oxide fine particles having an average particle diameter of about 230 nm in acetonitrile to form a paste, and applying the paste on the transparent electrode 11 to a thickness of 15 μm by a bar coating method. The paste was dried and then fired at 450 ° C. for 1 hour. The pigment | dye shown in following Table 2 was supported by this oxide semiconductor porous film 15.
게다가, 대전극 (16) 으로는, 유리판 상에 ITO 막과 FTO 막을 적층하여 제조한 도전성 기판을 사용하고, 전해질층 (17) 에는, 요오드/요오드화물의 비수용액으로 형성된 전해액을 사용했다. 색소 증감 태양전지의 평면 치수는 25 mm × 25 mm 였다.In addition, as the counter electrode 16, a conductive substrate prepared by laminating an ITO film and an FTO film on a glass plate was used, and an electrolyte solution formed of a non-aqueous solution of iodine / iodide was used for the electrolyte layer 17. The planar dimension of the dye-sensitized solar cell was 25 mm × 25 mm.
(광전 변환 효율의 측정)(Measurement of Photoelectric Conversion Efficiency)
500 W 의 크세논 램프 (Ushio, Inc. 제조) 의 광을 AM1.5G 필터 (Oriel Instruments Corp. 제조) 및 샤프 컷오프 필터 (Kenko L-42, 상품명) 에 통과시킴으로써 자외선을 포함하지 않는 유사 태양광을 발생시켰다. 이 광의 강도는 89 mW/cm2 였다. 제조한 광전 변환 소자에 이 광을 조사하고, 이에 의해 발생한 전기를 전류 전압 측정 장치 (Keithley-238 형, 상품명) 로 측정했다. 이렇게 구한 색소 증감 태양전지의 변환 효율을 측정한 결과를 하기 표 2 에 나타낸다. 결과는, 변환 효율이 7.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 7.0% 이상 7.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 6.7% 이상 7.0% 미만의 것을 ● 으로; 변환 효율이 6.5% 이상 6.7% 미만인 것을 △ 으로; 변환 효율이 6.5% 미만인 것을 × 로서 평가했다. 변환 효율이 6.7% 이상인 것을 합격으로 했다. Similar light without ultraviolet rays is passed through a 500 W xenon lamp (manufactured by Ushio, Inc.) through an AM1.5G filter (manufactured by Oriel Instruments Corp.) and a sharp cutoff filter (Kenko L-42, trade name). Generated. The intensity of this light was 89 mW / cm 2 . This light was irradiated to the produced photoelectric conversion element, and the electricity generated by this was measured by the current voltage measuring device (Keithley-238 type, brand name). Table 2 shows the results of measuring the conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell thus obtained. The result is that the conversion efficiency is 7.5% or more; Conversion efficiency is 7.0% or more and less than 7.5% to o; Conversion efficiency is 6.7% or more and less than 7.0%; △ that conversion efficiency is 6.5% or more and less than 6.7%; The conversion efficiency evaluated as less than 6.5% as x. The conversion efficiency was 6.7% or more as the pass.
[표 2][Table 2]
표 2 로부터, 도전층이 ITO 막만으로 된 경우 또는 FTO 막만으로 된 경우에는, 본 발명의 색소 증감 태양전지에서도, 변환 효율이 저하되고, 도전층으로서 ITO 막상에 FTO 막이 형성된 경우에는, 변환 효율이 높아지는 경향을 나타냄을 알 수 있다. 그 경향은 비교예에 따른 색소 증감 태양전지의 경우에서도 또한 유사하였다. 특히, 도전층으로서 ITO 막 상에 FTO 막이 형성된 색소 증감 태양전지는, 변환 효율이 7.5% 이상으로 높은 변환 효율을 나타냈다. 반면, 비교예에 따른 색소 증감 태양전지의 변환 효율은 본 발명의 경우와 비교해 낮은 값을 나타냈다.From Table 2, in the case where the conductive layer is made of only the ITO film or only the FTO film, the conversion efficiency is lowered even in the dye-sensitized solar cell of the present invention, and when the FTO film is formed on the ITO film as the conductive layer, It can be seen that the tendency to increase. The trend was also similar in the case of the dye-sensitized solar cell according to the comparative example. In particular, the dye-sensitized solar cell having the FTO film formed on the ITO film as the conductive layer exhibited a conversion efficiency of 7.5% or more and high conversion efficiency. On the other hand, the conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell according to the comparative example showed a low value compared to the case of the present invention.
<실험 3>Experiment 3
이하의 방법에 따라, 상이한 구조의 색소 증감 태양전지의 시험 셀 (i) 및 (iv) 을 제조하고, 이들 시험 셀에 대해 광전 변환 특성을 측정하고 변환 효율을 구했다. According to the following method, the test cells (i) and (iv) of the dye-sensitized solar cells of different structures were manufactured, and the photoelectric conversion characteristics were measured and conversion efficiency was calculated | required about these test cells.
(시험 셀 (i))(Test cell (i))
크기 100 mm × 100 mm 의 FTO 막-부착 유리판의 표면에 에칭법에 의해 깊이 5 μm 의 홈을 격자 회로 패턴 형태로 형성했다. 포트리소그래피에 의한 패턴 형성 후에, 불화수소산을 이용해 에칭을 실시했다. 그 위에, 도금 형성을 가능하게 하기 위해, 스퍼터링법에 의해 금속 도전층 (시드 층) 을 형성하고, 추가로 그 위에 애디티브 도금 (additive plating) 에 의해 금속 배선층 (3) 을 형성했다. 금속 배선층 (3) 은 투명 기판 (2) 표면으로부터 볼록 렌즈 형태로 3 μm 높이까지 형성했다. 회로 폭은 60 μm 로 했다. 금속 배선층 (3) 위에 차폐층 (5) 으로서 FTO 막을 400 nm 의 두께로 SPD 법에 의해 형성하고, 최종 조립체를 전극 기판 (i) 으로 사용했다. 전극 기판 (i) 의 단면 형상은 JP-A-2004-146425 호의 도 2 에 제시된 바와 같았다.The groove | channel of 5 micrometers in depth was formed in the form of a grating circuit pattern by the etching method on the surface of the FTO film | membrane-attached glass plate of size 100mmx100mm. After pattern formation by photolithography, etching was performed using hydrofluoric acid. In order to enable plating formation, the metal conductive layer (seed layer) was formed by the sputtering method, and the metal wiring layer 3 was further formed by additive plating on it. The metal wiring layer 3 was formed from the surface of the transparent substrate 2 to 3 micrometers height in the form of a convex lens. The circuit width was 60 micrometers. An FTO film was formed on the metal wiring layer 3 as the shielding layer 5 by the SPD method at a thickness of 400 nm, and the final granules were used as the electrode substrate i. The cross-sectional shape of the electrode substrate (i) was as shown in FIG. 2 of JP-A-2004-146425.
전극 기판 (i) 상에 평균 입경 25 nm 의 산화 티탄 분산액을 도포 및 건조하고, 그 전극 기판을 450 ℃ 에서 1 시간 가열 및 소결했다. 그 전극 기판을 각각의 본 발명의 색소의 에탄올 용액에 40 분 동안 침지하여 색소를 담지했다. 50 μm 두께의 열가소성 폴리올레핀 수지 시트를 개재하여, 전극 기판을 백금 스퍼터링한 FTO 기판과 대향 배치하고, 수지 시트부를 열 용융시켜 두 전극 기판을 고정했다. 미리 백금 스퍼터링한 전극측에 전해액의 주액구를 열어 두어, 이를 통해 0.5 M 의 요오드화염과 0.05 M 의 요오드를 주성분으로 포함하는 메톡시아세토니트릴 용액을 주액하여, 그 메톡시아세토니트릴 용액을 전극 사이에 충전했다. 더욱이, 주변부 및 전해액 주액구를 에폭시계 밀봉 수지를 이용해 충분히 밀봉시키고, 집전 단자부에 은 페이스트를 도포하였다. 이에 의해, 시험 셀 (i) 을 제조했다. AM1.5 의 유사 태양광을 이용해, 시험 셀 (i) 의 광전 변환 특성을 평가했다. 그 결과를 표 3 에 나타낸다. The titanium oxide dispersion liquid with an average particle diameter of 25 nm was apply | coated on the electrode substrate (i), and the electrode substrate was heated and sintered at 450 degreeC for 1 hour. The electrode substrate was immersed in the ethanol solution of the dye of the present invention for 40 minutes to carry the dye. The electrode substrate was disposed to face the platinum sputtered FTO substrate via a 50 μm-thick thermoplastic polyolefin resin sheet, and the resin sheet portion was thermally melted to fix the two electrode substrates. The electrolyte injection hole is opened on the electrode side which was previously sputtered with platinum, through which a methoxyacetonitrile solution containing 0.5 M of iodine salt and 0.05 M of iodine as a main component was injected, and the methoxyacetonitrile solution was placed between the electrodes. Charged in. Further, the peripheral portion and the electrolyte injection hole were sufficiently sealed with an epoxy-based sealing resin, and silver paste was applied to the current collecting terminal portion. This produced the test cell (i). The photoelectric conversion characteristics of the test cell (i) were evaluated using pseudo sunlight of AM1.5. The results are shown in Table 3.
(시험 셀 (iv))(Test cell (iv))
크기 100 × 100 mm 의 FTO 막-부착 유기 기판 위에 애디티브 도금법에 의해 금속 배선층 (3) (금 회로) 을 형성했다. 금속 배선층 (3) (금 회로) 은 기판 표면에 격자 모양으로 형성하고, 금속 배선층의 회로폭은 50 μm, 회로 두께는 5 μm 로 했다. 이 표면에 두께 300 nm 의 FTO 막을 차폐층 (5) 으로서 SPD 법에 의해 형성하고, 이로써 최종 조립물을 시험 셀 (iv) 로서 사용했다. 전극 기판 (iv) 의 단면을 SEM-EDX 를 이용해 시험하여, 배선 저부에서 도금 레지스트의 밑부분에 기인되는 것으로 생각되는 어긋남이 있었고, 그림자 부분에는 FTO 코팅이 형성되지 않았다.The metal wiring layer 3 (gold circuit) was formed by the additive plating method on the FTO film | membrane adhesion | attachment organic substrate of size 100x100 mm. The metal wiring layer 3 (gold circuit) was formed in the grid | lattice form on the board | substrate surface, and the circuit width of the metal wiring layer was 50 micrometers, and the circuit thickness was 5 micrometers. A 300 nm-thick FTO film was formed on the surface by the SPD method as the shielding layer 5, whereby the final granulated product was used as the test cell (iv). The cross section of the electrode substrate (iv) was tested using SEM-EDX, and there was a misalignment thought to be caused by the bottom portion of the plating resist at the wiring bottom, and no FTO coating was formed in the shadow portion.
전극 기판 (iv) 을 이용해 시험 셀 (iv) 을 제조했다. AM1.5 의 유사 태양광을 이용해, 시험 셀 (iv) 의 광전 변환 특성을 평가했다. 그 결과를 표 3 에 나타낸다. 결과는, 변환 효율이 7.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 7.0% 이상 7.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 6.7% 이상 7.0% 미만의 것을 ● 으로; 변환 효율이 6.5% 이상 6.7% 미만인 것을 △ 으로; 변환 효율이 6.5% 미만인 것을 × 로서 평가했다. 변환 효율이 6.7% 이상인 것을 합격으로 했다. The test cell (iv) was manufactured using the electrode substrate (iv). The photovoltaic conversion characteristics of the test cell (iv) were evaluated using pseudo sunlight of AM1.5. The results are shown in Table 3. The result is that the conversion efficiency is 7.5% or more; Conversion efficiency is 7.0% or more and less than 7.5% to o; Conversion efficiency is 6.7% or more and less than 7.0%; To Δ, wherein the conversion efficiency is 6.5% or more and less than 6.7%; The conversion efficiency evaluated as less than 6.5% as x. The conversion efficiency was 6.7% or more as the pass.
[표 3][Table 3]
표 3 으로부터, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용하여 제조한 시험 셀의 변환 효율은 7.5% 이상으로 높은 변환 효율을 나타냄을 알 수 있다. 반면, 비교 색소를 사용한 경우에는, 변환 효율이 기껏해야 6.5% 이상 6.7% 미만이었다.From Table 3, it turns out that the conversion efficiency of the test cell manufactured using the metal complex pigment | dye of this invention shows a high conversion efficiency of 7.5% or more. On the other hand, when the comparative dye was used, the conversion efficiency was at least 6.5% and less than 6.7%.
<실험 4>Experiment 4
색소 증감 태양전지의 시료 셀 (A) 내지 (D) 를 제조하고, 각 셀의 광전 변환 특성을 평가하고, 변환 효율을 구했다.Sample cells (A) to (D) of the dye-sensitized solar cell were manufactured, the photoelectric conversion characteristics of each cell were evaluated, and conversion efficiency was obtained.
(시료 셀 (A) 의 제조) (Production of Sample Cell (A))
1. 반도체막의 제조1. Fabrication of Semiconductor Films
5 g 의 수소화 티탄을 1 리터의 순수에 현탁하고, 5 질량% 의 과산화수소 용액 400 g 을 30 분에 걸쳐 첨가했다. 다음으로, 그 혼합물을 80 ℃ 로 가열하여 용해시켜, 퍼옥소티탄산의 용액을 제조했다. 이 용액의 전체량으로부터 90 체적% 를 분취하고, 진한 암모니아수를 첨가하여 pH 9 으로 조정했다. 생성물을 오토클레이브에 넣고, 250 ℃ 에서 5 시간 포화 증기압 하에 수열 처리를 실시했다. 이에 의해, 티타니아 콜로이드 입자 (A) 를 제조했다. 이렇게 얻어진 티타니아 콜로이드 입자는 X 선 회절에 의해 측정시 결정성이 높은 아나타제형 산화 티탄으로 이루어졌다.5 g of titanium hydride was suspended in 1 liter of pure water, and 400 g of 5 mass% hydrogen peroxide solution was added over 30 minutes. Next, the mixture was heated and dissolved at 80 ° C. to prepare a solution of peroxotitanic acid. 90 volume% was aliquoted from the total amount of this solution, and it adjusted to pH 9 by adding concentrated ammonia water. The product was placed in an autoclave and subjected to hydrothermal treatment at 250 ° C. under saturated vapor pressure for 5 hours. This produced the titania colloidal particle (A). The titania colloidal particles thus obtained consisted of anatase type titanium oxide having high crystallinity as measured by X-ray diffraction.
다음으로, 상기에서 얻어진 티타니아 콜로이드 입자 (A) 를 10 질량% 까지 농축시키고, 퍼옥소티탄산 용액과 혼합했다. 이 혼합액 중의 티탄의 양을 TiO2 로 환산하여, 히드록시프로필 셀룰로오스의 양이 TiO2 질량에 대해 30 질량% 가 되도록, 상기 혼합물에 히드록시프로필 셀룰로오스를 막형성 보조제로서 첨가하였다. 이에 의해, 반도체막 형성용 도포액을 제조했다.Next, the titania colloid particle (A) obtained above was concentrated to 10 mass%, and it mixed with the peroxotitanic acid solution. Hydroxypropyl cellulose was added to the mixture as a film forming aid so that the amount of titanium in the mixed solution was converted into TiO 2 so that the amount of hydroxypropyl cellulose became 30 mass% with respect to the mass of TiO 2 . This produced the coating liquid for semiconductor film formation.
다음으로, 불소-도핑한 산화 주석이 전극층으로서 형성되어 있는 투명 유리 기판 위에 상기 도포액을 도포하고, 자연 건조시켰다. 그 후, 도포액을 저압 수은 램프를 이용해 6000 mJ/cm2 의 양의 자외선으로 조사하여 퍼옥소산을 분해시켜, 도포막을 경화시켰다. 도포막을 300 ℃ 에서 30 분 동안 가열하여, 히드록시프로필 셀룰로오스의 분해 및 어닐링을 실시했다. 이에 의해, 금속 산화물 반도체막 (A) 을 유리 기판 위에 형성했다. Next, the said coating liquid was apply | coated on the transparent glass substrate in which fluorine-doped tin oxide is formed as an electrode layer, and it naturally dried. Thereafter, the coating liquid was irradiated with ultraviolet light in a quantity of 6000 mJ / cm 2 using a low pressure mercury lamp to decompose peroxo acid to cure the coating film. The coating film was heated at 300 ° C. for 30 minutes to decompose and anneal hydroxypropyl cellulose. This formed the metal oxide semiconductor film (A) on the glass substrate.
2. 금속 착물 색소의 흡착2. Adsorption of Metal Complex Pigments
다음으로, 표 3 에 기재된 각각의 금속 착물 색소에 대해 농도 3×10-4 몰/L 의 에탄올 용액을 제조했다. 이들 금속 착물 색소 용액을 100 rpm 스피너로 상기의 금속 산화물 반도체막 (A) 상에 도포하고, 건조했다. 이 도포 및 건조 공정을 5 회 반복했다.Next, an ethanol solution with a concentration of 3 × 10 −4 mol / L was prepared for each metal complex dye of Table 3. These metal complex dye solutions were apply | coated on said metal oxide semiconductor film (A) with 100 rpm spinner, and were dried. This coating and drying step was repeated five times.
3. 시료 셀 (A) 의 제조3. Preparation of Sample Cell (A)
아세토니트릴과 탄산 에틸렌을 체적비 1:5 (아세토니트릴:(탄산 에틸렌)) 로 혼합한 용액에, 테트라프로필암모늄 요오다이드를 농도 0.46 몰/L 로 용해시키고, 요오드를 농도 0.07 몰/L 로 용해시켰다. 이에 의해, 전해액을 제조했다.Tetrapropylammonium iodide was dissolved at a concentration of 0.46 mol / L and iodine was dissolved at a concentration of 0.07 mol / L in a solution in which acetonitrile and ethylene carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 5 (acetonitrile: (ethylene carbonate)). I was. This produced the electrolyte solution.
상기에서 제조한 유리 기판을 한 전극으로서 사용하고, 반대 전극으로서는 불소-도핑한 산화 주석을 전극으로서 형성하고 그 위에 백금을 담지한 투명 유리 기판을 사용하여, 이들 전극을 대향 배치했다. 측면을 수지로 밀봉하고, 전극들 사이에 상기 제조한 전해질 용액을 개재시켰다. 또한, 전극들 사이를 리드 선으로 접속시켜, 시료 셀 (A) 을 제조했다. The above-mentioned glass substrate was used as one electrode, and as the counter electrode, these electrodes were disposed facing each other using a transparent glass substrate on which fluorine-doped tin oxide was formed as an electrode and on which platinum was supported. The side was sealed with resin, and the prepared electrolyte solution was interposed between the electrodes. Moreover, the sample cell A was produced between the electrodes by connecting with a lead wire.
(시료 셀 (B) 의 제조)(Production of Sample Cell (B))
자외선 조사에 의해 퍼옥소산을 분해시켜 막을 경화시킨 후, 그 막에 Ar 가스의 이온 조사 (Nissin Electric Co., Ltd. 제조: 이온 주입 장치, 200 eV 로 10 시간 조사) 를 실시한 것 외에는, 금속 산화물 반도체막 (A) 의 경우와 같은 방식으로 금속 산화물 반도체막 (B) 을 형성했다. 하기 표 4 에 기재된 금속 착물 색소를 흡착시켜, 색소가 흡착된 금속 산화물 반도체막을 제조했다. 이 반도체막을 이용해, 시료 셀 (A) 과 같은 방식으로 시료 셀 (B) 을 제조했다. After the peroxoic acid was decomposed by ultraviolet irradiation to cure the membrane, the membrane was subjected to ion irradiation of Ar gas (manufactured by Nissin Electric Co., Ltd .: ion implantation apparatus, 10 hours at 200 eV). The metal oxide semiconductor film (B) was formed in the same manner as in the case of the oxide semiconductor film (A). The metal complex pigment | dye of following Table 4 was adsorbed, and the metal oxide semiconductor film to which the pigment | dye was adsorbed was manufactured. Using this semiconductor film, a sample cell (B) was produced in the same manner as the sample cell (A).
(시험 셀 (C) 의 제조)(Production of Test Cell (C))
18.3 g 의 사염화티탄을 순수로 희석하고, TiO2 환산으로 티탄 화합물을 1.0 질량% 함유하는 수용액을 얻었다. 이 수용액을 교반하면서, 15 질량% 의 암모니아 수용액을 첨가하여, pH 9.5 의 백색 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 여과 및 세정하여, TiO2 환산으로 농도 10.2 질량% 의 수화 산화 티탄 겔의 케이크를 얻었다. 이 케이크와 5 질량% 과산화수소 용액 400 g 을 혼합한 후, 그 혼합물을 80 ℃ 로 가열하여 용해했다. 이에 의해, 퍼옥소티탄산 용액을 제조했다. 이 용액 전체량으로부터 90 체적% 를 분취하고, 이것에 진한 암모니아수를 첨가하여 pH 9 로 조정했다. 생성물을 오토클레이브에 넣고 250 ℃ 에서 5 시간 포화 증기압 하에 수열 처리를 실시했다. 이에 의해, 티타니아 콜로이드 입자 (C) 를 제조했다. Diluted with 18.3 g of titanium tetrachloride with pure water to obtain an aqueous solution containing the titanium compound is 1.0% by mass in terms of TiO 2. While stirring this aqueous solution, 15 mass% aqueous ammonia solution was added and the white slurry of pH 9.5 was obtained. This slurry was filtered and washed to obtain a cake of hydrated titanium oxide gel having a concentration of 10.2% by mass in terms of TiO 2 . After mixing this cake and 400 g of 5 mass% hydrogen peroxide solutions, the mixture was heated and dissolved at 80 degreeC. This produced the peroxotitanic acid solution. 90 volume% was fractionated from this solution whole quantity, and it concentrated to pH 9 by adding concentrated ammonia water. The product was placed in an autoclave and subjected to hydrothermal treatment at 250 ° C. under saturated vapor pressure for 5 hours. This produced the titania colloidal particle (C).
다음으로, 상기한 바와 같이 얻어진 퍼옥소티탄산 용액과 티타니아 콜로이드 입자 (C) 를 사용하여, 금속 산화물 반도체막 (A) 의 경우와 같은 방식으로 금속 산화물 반도체막 (C) 을 형성했다. 하기 표 4 에 기재된 금속 착물 색소를 흡착시켜, 색소가 흡착된 금속 산화물 반도체막을 제조했다. 이 반도체막을 이용하여 시료 셀 (A) 과 같은 방식으로 시료 셀 (C) 을 제조했다.Next, the metal oxide semiconductor film (C) was formed in the same manner as in the case of the metal oxide semiconductor film (A) using the peroxotitanic acid solution and the titania colloidal particles (C) obtained as described above. The metal complex pigment | dye of following Table 4 was adsorbed, and the metal oxide semiconductor film to which the pigment | dye was adsorbed was manufactured. The sample cell (C) was manufactured by the same method as the sample cell (A) using this semiconductor film.
(시험 셀 (D) 의 제조)(Production of Test Cell (D))
18.3 g 의 사염화티탄을 순수로 희석하고, TiO2 환산으로 티탄 화합물을 1.0 질량% 함유하는 수용액을 얻었다. 이 수용액을 교반하면서, 15 질량% 의 암모니아 수용액을 첨가하여, pH 9.5 의 백색 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 여과 및 세정한 후, 순수에 현탁시켰다. 이에 의해, TiO2 환산으로 농도 0.6 질량% 의 수화 산화 티탄 겔의 슬러리를 얻었다. 이 슬러리에 염산을 첨가해 pH 2 로 조정했다. 다음으로, 슬러리를 오토클레이브에 넣고 180 ℃ 에서 5 시간 포화 증기압 하에 수열 처리를 실시하여, 티타니아 콜로이드 입자 (D) 를 제조했다.Diluted with 18.3 g of titanium tetrachloride with pure water to obtain an aqueous solution containing the titanium compound is 1.0% by mass in terms of TiO 2. While stirring this aqueous solution, 15 mass% aqueous ammonia solution was added and the white slurry of pH 9.5 was obtained. This slurry was filtered and washed and then suspended in pure water. Thus, to obtain a slurry having a concentration of 0.6% by mass of hydrated titanium oxide gel as the TiO 2 terms. Hydrochloric acid was added to this slurry, and it adjusted to pH2. Next, the slurry was placed in an autoclave and subjected to hydrothermal treatment at 180 ° C. under saturated vapor pressure for 5 hours to prepare titania colloidal particles (D).
다음으로, 티타니아 콜로이드 입자 (D) 를 10 질량% 까지 농축하고, 히드록시프로필 셀룰로오스의 양이 TiO2 로 환산하여 30 질량% 가 되도록, 이 입자에 히드록시프로필 셀룰로오스를 막형성 보조제로서 첨가했다. 이에 의해 반도체막 형성용 도포액을 제조했다. 다음으로, 불소-도핑한 산화 주석이 전극층으로서 형성된 투명 유리 기판 위에 상기 도포액을 도포하고 자연 건조했다. 다음으로, 도포액에 저압 수은 램프를 이용해 6000 mJ/cm2 의 양의 자외선을 조사하여 막을 경화시켰다. 또한 300 ℃ 에서 30 분 동안 상기 막을 가열하여 히드록시프로필 셀룰로오스의 분해 및 어닐링을 실시했다. 이에 의해, 금속 산화물 반도체막 (D) 을 형성했다. 하기 표 4 에 기재된 금속 착물 색소를 흡착시켜, 색소가 흡착된 금속 산화물 반도체막을 제조했다. 상기 반도체막을 이용해 시료 셀 (A) 와 같은 방식으로 시료 셀 (D) 을 제조했다.Next, the titania colloidal particles (D) were concentrated to 10 mass%, and hydroxypropyl cellulose was added to these particles as a film forming aid so that the amount of hydroxypropyl cellulose became 30 mass% in terms of TiO 2 . This produced the coating liquid for semiconductor film formation. Next, the said coating liquid was apply | coated and naturally dried on the transparent glass substrate in which fluorine-doped tin oxide was formed as an electrode layer. Next, the coating liquid was irradiated with ultraviolet light in a quantity of 6000 mJ / cm 2 using a low pressure mercury lamp to cure the film. The membrane was also heated at 300 ° C. for 30 minutes to effect decomposition and annealing of hydroxypropyl cellulose. This formed the metal oxide semiconductor film (D). The metal complex pigment | dye of following Table 4 was adsorbed, and the metal oxide semiconductor film to which the pigment | dye was adsorbed was manufactured. The sample cell (D) was manufactured by the same method as the sample cell (A) using the said semiconductor film.
(광전 변환 특성의 측정)(Measurement of photoelectric conversion characteristics)
시험 셀 (A) 내지 (D) 각각에 대해, 솔라 시뮬레이터 (solar simulator) 를 이용하여 100 W/cm2 의 강도의 광을 조사하고, Voc (개방 회로의 전압), Joc (회로를 단락했을 때에 생기는 전류의 밀도), FF (곡선 인자) 및 η (변환 효율) 을 측정했다. 변환 효율의 결과를 표 4 에 나타낸다. Each of the test cells (A) to (D) was irradiated with a light of intensity of 100 W / cm 2 using a solar simulator, and Voc (voltage of an open circuit) and Joc (short circuit). Density of generated current), FF (curve factor) and η (conversion efficiency) were measured. Table 4 shows the results of the conversion efficiency.
결과는, 변환 효율이 7.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 7.0% 이상 7.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 6.5% 이상 7.0% 미만의 것을 △ 으로; 변환 효율이 6.5% 미만인 것을 × 로서 평가했다. 변환 효율이 7.0% 이상인 것을 합격으로 했다. The result is that the conversion efficiency is 7.5% or more; Conversion efficiency is 7.0% or more and less than 7.5% to o; Conversion efficiency is 6.5% or more and less than 7.0% to Δ; The conversion efficiency evaluated as less than 6.5% as x. The conversion efficiency was 7.0% or more as the pass.
[표 4] [Table 4]
표 4 로부터, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용하여 제조한 색소 증감 태양전지는 변환 효율이 합격 수준이었음을 알 수 있다. 반면, 비교 색소를 사용한 경우에는 변환 효율이 낮았다.From Table 4, it can be seen that the dye-sensitized solar cell produced using the metal complex dye of the present invention had a conversion efficiency. On the other hand, when the comparative dye was used, the conversion efficiency was low.
<실험 5>Experiment 5
산화 티탄의 제조 방법을 바꾸어 얻어진 반도체 미립자를 이용하여 광전 변환 소자를 제조하고, 광전 변환 특성을 평가하고, 변환 효율을 구했다.The photoelectric conversion element was manufactured using the semiconductor fine particle obtained by changing the manufacturing method of a titanium oxide, the photoelectric conversion characteristic was evaluated, and conversion efficiency was calculated | required.
(1) 열 처리법에 따른 산화 티탄의 제조(1) Preparation of titanium oxide by heat treatment method
산화 티탄 1A (브루카이트형), 산화 티탄 1B (아나타제형) 및 산화 티탄 2B (루틸형)Titanium Oxide 1A (Brukit Type), Titanium Oxide 1B (Anatase Type) and Titanium Oxide 2B (Rutyl Type)
시판의 아나타제형 산화 티탄 1B (Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. 제조, 상품명: ST-01) 을 이용하고, 이 제품을 약 900 ℃ 로 가열하여 브루카이트형 산화 티탄 1A 로 변환하고, 추가로 약 1,200 ℃ 로 가열하여 루틸형 산화 티탄 2B 로 변환했다. Using commercially available anatase type titanium oxide 1B (manufactured by Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd., trade name: ST-01), the product was heated to about 900 ° C to be converted to brookite-type titanium oxide 1A, and further to about 1,200 ° C. It heated to and converted into rutile type titanium oxide 2B.
(2) 습식 합성법에 따른 산화 티탄의 합성(2) Synthesis of Titanium Oxide by Wet Synthesis
산화 티탄 2A (브루카이트형)Titanium Oxide 2A (Bruchite Type)
증류수 954 mL 를 환류 냉각기 부착의 반응조에 채우고, 그 증류수를 95 ℃ 로 가열했다. 교반 속도를 약 200 rpm 으로 유지하면서, 이 증류수에 사염화티탄 (Ti 함유량:16.3 질량%, 비중 1.59, 순도 99.9%) 수용액 46 mL 를 약 5.0 mL/min 의 속도로 반응조에 적가했다. 이 때, 반응액의 온도가 내려가지 않도록 주의했다. 그 결과, 사염화티탄 농도는 0.25 mol/L (산화 티탄 환산으로 2 질량%) 였다. 반응조 내에서는, 반응액이 적가 직후부터 백탁하기 시작했지만 반응액의 온도는 그 온도로 유지되었다. 적가 종료 후, 온도가 추가로 승온하여 반응액을 비점 부근 (104 ℃) 까지 가열하고, 반응액을 이 상태로 60 분 동안 유지하여 반응을 완전히 종료시켰다.954 mL of distilled water was filled in the reaction tank with a reflux condenser, and the distilled water was heated to 95 degreeC. 46 mL of aqueous titanium tetrachloride (Ti content: 16.3 mass%, specific gravity 1.59, purity 99.9%) aqueous solution was added dropwise to the reactor at a rate of about 5.0 mL / min while maintaining the stirring speed at about 200 rpm. At this time, care was taken not to lower the temperature of the reaction solution. As a result, the titanium tetrachloride concentration was 0.25 mol / L (2 mass% in terms of titanium oxide). In the reaction tank, the reaction liquid began to be cloudy immediately after the dropwise addition, but the temperature of the reaction liquid was maintained at that temperature. After completion of the dropwise addition, the temperature was further increased to heat the reaction solution to near the boiling point (104 ° C), and the reaction solution was maintained in this state for 60 minutes to completely terminate the reaction.
반응에 의해 얻어진 졸을 여과한 후, 그 졸을 60 ℃ 의 진공 건조기를 이용해 분말로 만들었다. 이 분말을 X 선 회절법에 의해 정량 분석했다. 그 결과, (브루카이트형 121 면의 피크 강도)/(3 개 타입이 겹치는 위치에서의 피크 강도) 비는 0.38 이었고, (루틸형의 주 피크 강도)/(3 개 타입이 겹치는 위치에서의 피크 강도) 비는 0.05 였다. 이들 데이터의 분석으로부터, 산화 티탄은, 브루카이트형이 약 70.0 질량%, 루틸형이 약 1.2 질량%, 아나타제형이 약 28.8 질량% 으로 이루어진, 결정성이었다. 또한, 투과형 전자 현미경으로 상기 미립자를 관찰하였더니, 1 차 입자의 평균 입경은 0.015 μm 였다. After filtering the sol obtained by reaction, the sol was powdered using the 60 degreeC vacuum dryer. This powder was quantitatively analyzed by X-ray diffraction. As a result, the ratio of (peak intensity at the surface of the Brookite type 121) / (peak intensity at the position where three types overlap) was 0.38, and ((main peak intensity of the rutile type) / (peak at the position where three types overlap). Intensity) ratio was 0.05. From the analysis of these data, titanium oxide was crystalline, consisting of about 70.0 mass% of brookite type, about 1.2 mass% of rutile type, and about 28.8 mass% of anatase type. In addition, when the microparticles | fine-particles were observed with the transmission electron microscope, the average particle diameter of the primary particle was 0.015 micrometer.
산화 티탄 3A (브루카이트형)Titanium Oxide 3A (Bruchite Type)
삼염화티탄 수용액 (Ti 함유량:28 질량%, 비중 1.5, 순도 99.9%) 을 증류수로 희석하고, 티탄으로 환산한 농도가 0.25 몰/L 인 용액을 얻었다. 이 때, 액온이 상승하지 않도록 상기 용액을 빙냉시켜, 이를 50 ℃ 이하로 유지했다. 다음으로, 환류 냉각기 부착의 반응조에 이 용액을 500 mL 투입하고, 이 용액을 85 ℃ 로 가열하면서, 오존 가스 발생 장치로부터 순도 80% 의 오존 가스를 1 L/min 의 속도로 상기 용액에 버블링시켜 산화 반응을 일으켰다. 상기 시스템을 이 상태로 2 시간 유지하여, 반응을 완전히 종료시켰다. 이렇게 얻어진 졸을 여과하고, 진공 건조하여 분말을 얻었다. 이 분말을 X 선 회절법에 의해 정량 분석했다. 그 결과, (브루카이트형 121 면의 피크 강도)/(3 개 타입이 겹치는 위치에서의 피크 강도) 비는 0.85 이었고, (루틸형의 주 피크 강도)/(3 개 타입이 겹치는 위치에서의 피크 강도) 비는 0 이었다. 이들 데이터의 분석으로부터, 이산화 티탄은, 브루카이트형이 약 98 질량%, 루틸형이 0 질량%, 아나타제형이 0 질량%, 무정형 이산화 티탄이 약 2% 로 이루어진 것이었다. 또한, 투과형 전자 현미경으로 상기 미립자를 관찰하였더니, 1 차 입자의 평균 입경은 0.05 μm 였다.Titanium trichloride aqueous solution (Ti content: 28 mass%, specific gravity 1.5, purity 99.9%) was diluted with distilled water, and the solution converted into titanium and the concentration was 0.25 mol / L was obtained. At this time, the said solution was ice-cooled so that liquid temperature might not rise, and it kept at 50 degrees C or less. Next, 500 mL of this solution was added to a reaction tank with a reflux condenser, and the solution was heated to 85 ° C while bubbling 80% of ozone gas having a purity of 1% / min from the ozone gas generator at a rate of 1 L / min. To cause an oxidation reaction. The system was kept in this state for 2 hours to completely terminate the reaction. The sol thus obtained was filtered and dried in vacuo to obtain a powder. This powder was quantitatively analyzed by X-ray diffraction. As a result, the ratio of (peak intensity on the surface of the Brookette type 121) / (peak intensity at the position where the three types overlap) was 0.85, and ((main peak intensity of the rutile type) / (peak at the position where the three types overlap). Strength) ratio was zero. From the analysis of these data, titanium dioxide consisted of about 98 mass% of brookite type, 0 mass% of rutile type, 0 mass% of anatase type, and about 2% of amorphous titanium dioxide. In addition, when the microparticles | fine-particles were observed with the transmission electron microscope, the average particle diameter of the primary particle was 0.05 micrometer.
산화 티탄 3B (아나타제형)Titanium Oxide 3B (Anatase Type)
황산 티탄 용액 (Ti:30 질량%, 비중 1.65) 145 mL 를 증류수 855 mL 에 첨가했다. 이 때의 황산 티탄 농도는 1.5 몰/L 였다. 상기 용액을 100 ℃ 로 가열하여 가수분해시켜 백색 침전물을 얻었다. 이 침전물을 여과 및 세정하고, 60 ℃ 의 진공 건조기를 이용해 건조하고 분말화하였다. X 선 회절 분석으로부터 상기 시료가 아나타제형임을 알 수 있다. 또한, 투과 전자 현미경으로 상기 미립자를 관찰하였더니, 1 차 입자의 평균 입경은 0.025 μm 였다. 145 mL of titanium sulfate solution (Ti: 30 mass%, specific gravity 1.65) was added to 855 mL of distilled water. The titanium sulfate concentration at this time was 1.5 mol / L. The solution was heated to 100 ° C. to hydrolyze to give a white precipitate. This precipitate was filtered and washed, dried and powdered using a vacuum dryer at 60 deg. X-ray diffraction analysis showed that the sample was anatase. In addition, when the microparticles | fine-particles were observed with the transmission electron microscope, the average particle diameter of the primary particle was 0.025 micrometer.
비교 산화 티탄 4 (루틸형)Comparative titanium oxide 4 (rutile type)
통상적인 방법에 의해 황산 티타닐 용액을 열 분해하고, 여과 및 세정한 함수 산화 티탄 슬러리 950 g (TiO2 환산 100 g 에 상당) 에, 48 체적% NaOH 용액 80 g 을 교반하면서 채우고, 수득한 혼합물을 95 ℃ 에서 4 시간 가열했다. 다음으로, 상기 처리물을 충분히 세정하여 얻은 슬러리 2 kg 에, 30 질량% 염산 600 g 을 교반하면서 채우고, 수득한 혼합물을 98 ℃ 에서 5 시간 가열하여, 티타니아 졸을 제조했다. 이 티타니아 졸은 X 선 회절에서 루틸형 결정 구조를 나타냈다. 이와 같이 하여 얻어진 루틸형 결정 구조를 가진 산화 티탄 미립자의 평균 입경은 0.012 μm 였다.The titanium dioxide sulfate solution was thermally decomposed by a conventional method, and 950 g (equivalent to 100 g in terms of TiO 2 ), filtered and washed, was filled with stirring, 80 g of a 48 vol% NaOH solution, and the resulting mixture was obtained. It heated at 95 degreeC for 4 hours. Next, 2 kg of the slurry obtained by sufficiently washing the treated product was filled with 600 g of 30 mass% hydrochloric acid while stirring, and the obtained mixture was heated at 98 ° C. for 5 hours to prepare a titania sol. This titania sol exhibited a rutile crystal structure in X-ray diffraction. The average particle diameter of the titanium oxide fine particles having the rutile crystal structure obtained in this manner was 0.012 μm.
(색소 증감 광전 변환 소자의 제조 및 평가)(Manufacturing and evaluation of dye-sensitized photoelectric conversion element)
상기한 부분에서 제조된 산화 티탄을 반도체로서 이용하여, JP-A-2000-340269 호의 도 1 에 나타내는 구성을 갖는 광전 변환 소자를 다음과 같이 제조했다. 유리 기판 위에 불소-도핑한 산화 주석을 도포하고, 이를 도전성 투명 전극으로 사용했다. 각 유형의 산화 티탄 입자를 원료로 함유하는 페이스트를 제조하여, 상기 페이스트를 전극 표면 상에 바 코팅법으로 두께 50 μm 로 도포하였다. 다음으로, 상기 페이스트를 500 ℃ 에서 소성하여, 두께 약 20 μm 의 박층을 형성했다. 하기 표 5 에 기재된 금속 착물 색소의 3×10-4 M 의 몰 농도의 에탄올 용액을 제조하여, 이 에탄올 용액에, 산화 티탄의 박층이 형성된 유리 기판을 침지하고, 12 시간 동안 실온에서 유지했다. 그 결과, 산화 티탄의 박층 상에 상기 착물이 흡착되었다.Using the titanium oxide manufactured by the above-mentioned part as a semiconductor, the photoelectric conversion element which has the structure shown in FIG. 1 of JP-A-2000-340269 was manufactured as follows. Fluorine-doped tin oxide was applied onto a glass substrate, and this was used as a conductive transparent electrode. A paste containing each type of titanium oxide particles as a raw material was prepared, and the paste was applied on the electrode surface with a thickness of 50 μm by a bar coating method. Next, the said paste was baked at 500 degreeC, and the thin layer of about 20 micrometers in thickness was formed. An ethanol solution having a molar concentration of 3 × 10 −4 M of the metal complex dyes shown in Table 5 was prepared, and the glass substrate on which a thin layer of titanium oxide was formed was immersed in this ethanol solution and kept at room temperature for 12 hours. As a result, the complex was adsorbed onto the thin layer of titanium oxide.
전해액으로서 테트라프로필암모늄의 요오드화염 및 요오드화리튬의 아세토니트릴 용액을 이용하고, 백금을 대전극으로서 이용했다. 이에 의해, JP-A-2000-340269 호의 도 1 에 나타낸 구성을 갖는 광전 변환 소자를 제조했다. 광전 변환은, 전력 160 W 의 고압 수은 램프의 광 (필터로 적외선부를 커팅함) 을 상기 소자에 조사하고, 이 때의 변환 효율을 측정했다. 결과를 표 5 에 나타낸다. 결과는, 변환 효율이 7.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 7.0% 이상 7.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 6.5% 이상 7.0% 미만인 것을 △ 으로; 변환 효율이 6.5% 미만인 것을 × 로서 나타낸다. 변환 효율이 7.0% 이상인 것을 합격으로 했다. Platinum was used as the counter electrode using an acetonitrile solution of tetrapropylammonium iodide and lithium iodide as electrolyte solution. This produced the photoelectric conversion element which has the structure shown in FIG. 1 of JP-A-2000-340269. The photoelectric conversion irradiated the light (cutting an infrared part with a filter) of the high-pressure mercury lamp of electric power 160W to the said element, and measured the conversion efficiency at this time. The results are shown in Table 5. The result is that the conversion efficiency is 7.5% or more; Conversion efficiency is 7.0% or more and less than 7.5% to o; To Δ, wherein the conversion efficiency is 6.5% or more and less than 7.0%; It is represented as x that conversion efficiency is less than 6.5%. The conversion efficiency was 7.0% or more as the pass.
[표 5] [Table 5]
표 5 로부터, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용한 경우, 산화 티탄을 변경하여도 변환 효율은 합격 수준의 값을 나타냄을 알 수 있다. 그러나, 비교 색소를 사용한 경우에는, 변환 효율이 모두 낮았다.From Table 5, when the metal complex dye of this invention is used, even if titanium oxide is changed, it turns out that conversion efficiency shows the value of a pass level. However, when the comparative dye was used, all of the conversion efficiency was low.
<실험 6>Experiment 6
광전극을 구성하는 반도체 전극의 반도체층 또는 광 산란층 형성하기 위한 여러 가지의 페이스트를 제조하여, 이 페이스트를 이용해 색소 증감 태양전지를 제조했다. Various pastes for forming the semiconductor layer or the light scattering layer of the semiconductor electrode constituting the photoelectrode were manufactured, and a dye-sensitized solar cell was produced using this paste.
[페이스트의 제조][Production of Paste]
먼저, 광전극을 구성하는 반도체 전극의 반도체층 또는 광 산란층을 형성하기 위한 페이스트를 이하의 순서로 제조했다.First, the paste for forming the semiconductor layer or the light scattering layer of the semiconductor electrode which comprises a photoelectrode was manufactured in the following procedure.
(페이스트 1)(Paste 1)
구형의 TiO2 입자 (아나타제형, 평균 입경: 25 nm; 이하, 구형 TiO2 입자 1 이라고 함) 를 질산 용액에 넣고 교반하였다. 이에 의해, 티타니아 슬러리를 제조했다. 다음으로, 티타니아 슬러리에 증점제로서 셀룰로오스계 바인더를 첨가하여, 상기 혼합물을 혼련시켰다. 이에 의해, 페이스트를 제조했다. Spherical TiO 2 particles (anatase type, average particle diameter: 25 nm; hereinafter, referred to as spherical TiO 2 particles 1) were put into a nitric acid solution and stirred. This produced the titania slurry. Next, a cellulose binder was added to the titania slurry as a thickener, and the mixture was kneaded. This produced the paste.
(페이스트 2)(Paste 2)
구형의 TiO2 입자 1 및 구형의 TiO2 입자 (아나타제형, 평균 입경: 200 nm; 이하, 구형 TiO2 입자 2 라고 함) 를 질산 용액에 넣고 교반하였다. 이에 의해, 티타니아 슬러리를 제조했다. 다음으로, 티타니아 슬러리에 증점제로서 셀룰로오스계 바인더를 첨가하여, 상기 혼합물을 혼련시켰다. 이에 의해, 페이스트 (TiO2 입자 1 의 질량:TiO2 입자 2 의 질량 = 30:70) 를 제조했다. Spherical TiO 2 particles 1 and spherical TiO 2 particles (anatase type, average particle diameter: 200 nm; hereinafter, referred to as spherical TiO 2 particles 2) were put into a nitric acid solution and stirred. This produced the titania slurry. Next, a cellulose binder was added to the titania slurry as a thickener, and the mixture was kneaded. As a result, the paste: was prepared (weight of the TiO 2 particles of 1 mass = 30: 70 of the TiO 2 particles. 2).
(페이스트 3)(Paste 3)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 (아나타제형, 직경: 100 nm, 어스펙트비 (aspect ratio): 5; 이하, 막대 모양 TiO2 입자 1 이라고 함) 와 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 1 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 10:90 인 페이스트를 제조했다.Paste 1 the rod-shaped TiO 2 particles; in combination with (anatase type, diameter:: 100 nm, aspect ratio (aspect ratio) 5 or less, rod-shaped referred to as TiO 2 particles 1), the rod-shaped TiO 2 particles 1 A paste having a mass of 10:90 by mass versus paste 1 was prepared.
(페이스트 4)(Paste 4)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 1 과 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 1 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 30:70 인 페이스트를 제조했다. The paste 1 was mixed with TiO 2 particles of 1 BAR, the mass of the paste mass to one of the rod-shaped TiO 2 particles 1 to produce a paste of 30: 70.
(페이스트 5)(Paste 5)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 1 과 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 1 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 50:50 인 페이스트를 제조했다.The paste 1 was mixed with TiO 2 particles of 1 BAR, the mass of the paste mass to one of the rod-shaped TiO 2 particles 1 to produce a paste of 50: 50.
(페이스트 6)(Paste 6)
페이스트 1 을 판상의 마이카 입자 (직경: 100 nm, 어스펙트비: 6,;이하, 판상 마이카 입자 1 이라고 함) 와 혼합하여, 판상 마이카 입자 1 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 20:80 인 페이스트를 제조했다. Paste 1 is mixed with plate-shaped mica particles (diameter: 100 nm, aspect ratio: 6, hereinafter referred to as plate-shaped mica particles 1), and the paste having a mass of plate-shaped mica particles 1 to a mass of paste 1 is 20:80. Prepared.
(페이스트 7)(Paste 7)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 (아나타제형, 직경: 30 nm, 어스펙트비: 6.3; 이하, 막대 모양 TiO2 입자 2 라고 함) 와 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 2 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 30:70 인 페이스트를 제조했다. Paste 1 is mixed with rod-shaped TiO 2 particles (anatase type, diameter: 30 nm, aspect ratio: 6.3; or less, referred to as rod-shaped TiO 2 particles 2) to give mass of paste-like TiO 2 particles 2 to paste 1 The paste whose mass is 30:70 was produced.
(페이스트 8)(Past 8)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 (아나타제형, 직경: 50 nm, 어스펙트비: 6.1, 이하; 막대 모양 TiO2 입자 3 이라고 함) 와 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 3 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 30:70 인 페이스트를 제조했다. TiO 2 particles in the paste is 1 BAR (anatase type, diameter: 50 nm, aspect ratio: 6.1, or less; rod-shaped TiO 2 referred to as particles 3) and mixed, rod-shaped mass to a paste of TiO 2 particles 31 The paste whose mass is 30:70 was produced.
(페이스트 9)(Past 9)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 (아나타제형, 직경: 75 nm, 어스펙트비: 5.8; 이하, 막대 모양 TiO2 입자 4 라고 함) 와 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 4 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 30:70 인 페이스트를 제조했다. TiO 2 particles in the paste is 1 BAR (anatase type, diameter: 75 nm, aspect ratio: 5.8; hereinafter referred to as rod-shaped TiO 2 particles. 4) and a mixture, rod-shaped mass to a paste of TiO 2 particles 41 The paste whose mass is 30:70 was produced.
(페이스트 10)(Past 10)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 (아나타제형, 직경: 130 nm, 어스펙트비: 5.2; 이하, 막대 모양 TiO2 입자 5 라고 함) 와 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 5 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 30:70 인 페이스트를 제조했다. Paste 1 is mixed with rod-shaped TiO 2 particles (anatase type, diameter: 130 nm, aspect ratio: 5.2; or less, referred to as rod-shaped TiO 2 particles 5) to give a mass of paste-like TiO 2 particles 5 to paste 1 The paste whose mass is 30:70 was produced.
(페이스트 11)(Past 11)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 (아나타제형, 직경: 180 nm, 어스펙트비: 5; 이하, 막대 모양 TiO2 입자 6 이라고 함) 와 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 6 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 30:70 인 페이스트를 제조했다. Paste 1 is mixed with rod-shaped TiO 2 particles (anatase type, diameter: 180 nm, aspect ratio: 5 or less, referred to as rod-shaped TiO 2 particles 6) to give a mass to paste 1 of rod-shaped TiO 2 particles 6 The paste whose mass is 30:70 was produced.
(페이스트 12)(Past 12)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 (아나타제형, 직경: 240 nm, 어스펙트비: 5; 이하, 막대 모양 TiO2 입자 7 이라고 함) 와 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 7 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 30:70 인 페이스트를 제조했다.Paste 1 is mixed with rod-shaped TiO 2 particles (anatase type, diameter: 240 nm, aspect ratio: 5 or less, referred to as rod-shaped TiO 2 particles 7) to give a mass of paste-like TiO 2 particles 7 to paste 1 The paste whose mass is 30:70 was produced.
(페이스트 13)(Past 13)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 (아나타제형, 직경: 110 nm, 어스펙트비: 4.1; 이하, 막대 모양 TiO2 입자 8 이라고 함) 와 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 8 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 30:70 인 페이스트를 제조했다.TiO 2 particles in the paste is 1 BAR (anatase type, diameter: 110 nm, aspect ratio: 4.1; hereinafter, rod-shaped TiO 2 referred to as particles 8) as a mixture, rod-shaped mass to a paste of TiO 2 particles 81 The paste whose mass is 30:70 was produced.
(페이스트 14)(Paste 14)
페이스트 1 을 막대 모양의 TiO2 입자 (아나타제형, 직경: 105 nm, 어스펙트비: 3.4; 이하, 막대 모양 TiO2 입자 9 라고 함) 와 혼합하여, 막대 모양 TiO2 입자 9 의 질량 대 페이스트 1 의 질량이 30:70 인 페이스트를 제조했다. Paste 1 is mixed with rod-shaped TiO 2 particles (Anatase type, diameter: 105 nm, aspect ratio: 3.4; or less, referred to as rod-shaped TiO 2 particles 9) to give mass of paste-like TiO 2 particles 9 to paste 1 The paste whose mass is 30:70 was produced.
(색소 증감 태양전지 1)(Dye-sensitized solar cell 1)
이하에 기재한 순서에 의해, JP-A-2002-289274 호의 도 5 에 나타낸 광전극 (12) 과 동일 구성을 갖는 광전극을 제조하여, 이 광전극을 이용해, 당해 광전극 이외에는 색소 증감 태양전지 (20) 와 동일 구성을 갖는 치수가 10×10 mm 인 색소 증감 태양전지 (1) 을 제조했다. According to the procedure described below, a photoelectrode having the same constitution as that of the photoelectrode 12 shown in FIG. 5 of JP-A-2002-289274 was manufactured, and using this photoelectrode, a dye-sensitized solar cell other than the photoelectrode was used. The dye-sensitized solar cell 1 whose dimension which is the same as that of (20) is 10x10 mm was manufactured.
유리 기판 위에 불소-도핑한 SnO2 도전막 (두께: 500 nm) 을 형성한 투명 전극을 형성했다. 이 SnO2 도전막 상에, 상기 서술한 페이스트 2 를 스크린 인쇄에 의해 도포한 후, 페이스트를 건조시켰다. 그 후, 공기 중에서 450 ℃ 의 조건 하에 페이스트를 소성했다. 나아가, 페이스트 4 를 이용해 스크린 인쇄와 소성 공정을 반복함으로써, SnO2 도전막 상에 도 5 에 나타낸 반도체 전극 (2) 과 동일 구성을 갖는 반도체 전극 (수광면의 면적: 10 mm × 10 mm, 층 두께: 10 μm, 반도체층의 두께: 6 μm, 광 산란층의 두께: 4 μm, 및 광 산란층에 함유되는 막대 모양 TiO2 입자 1 의 함유량: 30 질량%) 을 형성했다. 이에 의해, 증감 색소를 함유하고 있지 않은 광전극을 제조했다.Fluoride on a glass substrate - SnO 2 doped conductive film (thickness: 500 nm) was formed by a transparent electrode is formed. After this SnO a second conductive film, coated by the above-mentioned two pastes for screen printing, followed by drying the paste. Thereafter, the paste was calcined in air at 450 ° C. Furthermore, by repeating the screen printing and baking process using paste 4, a semiconductor electrode having the same configuration as that of the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 5 on the SnO 2 conductive film (area of light receiving surface: 10 mm × 10 mm, layer Thickness: 10 µm, thickness of semiconductor layer: 6 µm, thickness of light scattering layer: 4 µm, and content of rod-shaped TiO 2 particles 1 contained in the light scattering layer: 30 mass%). This produced the photoelectrode which does not contain the sensitizing dye.
다음으로, 반도체 전극 상에 색소를 이하와 같이 흡착시켰다. 먼저, 마그네슘 에톡시드로 탈수시킨 무수 에탄올을 용매로서 이용하여, 이 무수 에탄올에 하기 표 6 에 기재된 금속 착물 색소를 농도가 3×10-4 mol/L 가 되도록 용해하였다. 이에 의해, 색소 용액을 제조했다. 다음으로, 이 용액에 반도체 전극을 침지하고, 이로써 반도체 전극에 색소를 약 1.5×10-7 mol/cm2 로 흡착시켰다. 이에 의해, 광전극 (10) 을 완성시켰다.Next, the pigment | dye was made to adsorb | suck on a semiconductor electrode as follows. First, anhydrous ethanol dehydrated with magnesium ethoxide was used as a solvent, and the metal complex dye shown in Table 6 below was dissolved in the anhydrous ethanol such that the concentration was 3 × 10 −4 mol / L. This produced the pigment solution. Next, the semiconductor electrode was immersed in this solution, thereby adsorb | sucking the pigment | dye to about 1.5 * 10 <-7> mol / cm <2> by the semiconductor electrode. This completed the
다음으로, 대전극으로서 상기한 광전극과 동일한 형상과 크기를 갖는 백금 전극 (Pt 박막의 두께: 100 nm) 을 제조하고, 전해질 E 로서 요오드 및 요오드화리튬을 포함한 요오드계 레독스 용액을 제조했다. 더욱이, 반도체 전극의 크기에 맞춘 형상을 갖는 DuPont Company 제조의 스페이서 S (상품명:"Surlyn") 를 제조했다. JP-A-2002-289274 호의 도 3 에 나타내는 바와 같이, 광전극 (10) 과 대전극 CE 를, 스페이서 S 를 개재하여 대향 배치하고, 내부에 상기한 전해질을 충전했다. 이에 의해, 색소 증감 태양전지를 완성시켰다.Next, a platinum electrode (thickness of Pt thin film: 100 nm) having the same shape and size as the photoelectrode as the counter electrode was prepared, and an iodine-based redox solution containing lithium iodine and lithium iodide as an electrolyte E was prepared. Furthermore, the spacer S (brand name: "Surlyn") by the DuPont Company which produced the shape according to the magnitude | size of a semiconductor electrode was produced. As shown in FIG. 3 of JP-A-2002-289274, the
(색소 증감 태양전지 2)(Dye-sensitized solar cell 2)
반도체 전극의 제조를 이하와 같이 실시한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서와 동일한 순서에 의해, JP-A-2002-289274 호의 도 1 에 나타낸 광전극 (10) 과 동일 구성을 갖는 광전극 및 JP-A-2002-289274 호의 도 3 에 나타낸 색소 증감 태양전지 (20) 와 동일 구성을 갖는 색소 증감 태양전지 2 를 제조했다. Photoelectrode and JP having the same constitution as the
여기서, 반도체 전극에 대한 색소의 흡착은 색소 증감 태양전지 1 의 경우 와 같은 방식으로 실시했다. 먼저, 마그네슘 에톡시드로 탈수시킨 무수 에탄올을 용매로서 이용하여, 이 무수 에탄올에 하기 표 6 에 기재된 금속 착물 색소를 농도가 3×10-4 mol/L 가 되도록 용해하였다. 이에 의해, 색소 용액을 제조했다. 다음으로, 이 용액에 반도체 전극을 침지하고, 이로써 반도체 전극에 색소를 약 1.5×10-7 mol/cm2 로 흡착시켰다. 이로써, 광전극 (10) 을 완성시켰다. 이하의 색소 증감 태양전지에서의 반도체 전극에 대한 색소의 흡착은 같은 방식으로 실시했다.Here, adsorption of the dye to the semiconductor electrode was carried out in the same manner as in the case of the dye-sensitized solar cell 1. First, anhydrous ethanol dehydrated with magnesium ethoxide was used as a solvent, and the metal complex dye shown in Table 6 below was dissolved in the anhydrous ethanol such that the concentration was 3 × 10 −4 mol / L. This produced the pigment solution. Next, the semiconductor electrode was immersed in this solution, thereby adsorb | sucking the pigment | dye to about 1.5 * 10 <-7> mol / cm <2> by the semiconductor electrode. This completed the
페이스트 2 를 반도체층 형성용 페이스트로서 사용했다. SnO2 도전막 상에, 페이스트 2 를 스크린 인쇄에 의해 도포한 후, 건조시켰다. 그 후, 공기 중에서 450 ℃ 의 조건 하에 상기 페이스트를 소성하여, 반도체층을 형성했다. Paste 2 was used as a paste for forming a semiconductor layer. On the SnO 2 conductive film, paste 2 was applied by screen printing and then dried. Thereafter, the paste was baked in air at 450 ° C. to form a semiconductor layer.
페이스트 3 을 광 산란층의 최내부층 형성용 페이스트로서 사용했다. 또한, 페이스트 5 를 광 산란층의 최외부층 형성용 페이스트로서 사용했다. 그리고, 색소 증감 태양전지 1 의 경우와 같은 방식으로 반도체층 상에 광 산란층을 형성했다.Paste 3 was used as the innermost layer forming paste of the light scattering layer. In addition, paste 5 was used as a paste for outermost layer formation of a light scattering layer. And the light scattering layer was formed on the semiconductor layer in the same manner as in the case of the dye-sensitized solar cell 1.
SnO2 도전막 상에, JP-A-2002-289274 호의 도 1 에 나타낸 반도체 전극 (2) 과 동일 구성을 갖는 반도체 전극 (수광면의 면적: 10 mm × 10 mm, 층 두께: 10 μm, 반도체층의 두께: 3 μm, 최내부층의 두께: 4 μm, 최내부층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 1 의 함유율: 10 질량%, 최외부층의 두께: 3 μm, 및 최내부층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 1 의 함유량: 50 질량%) 을 형성했다. 이에 의해, 증감 색소를 함유하고 있지 않는 광전극을 제조했다. 색소 증감 태양전지 1 의 경우와 같은 방식으로, 광전극과 대전극 CE 를, 스페이서 S 를 개재하여 대향 배치하고, 내부에 상기 전해질을 충전했다. 이에 의해, 색소 증감 태양전지 2 를 완성시켰다.A semiconductor electrode having the same configuration as the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 1 of JP-A-2002-289274 on the SnO 2 conductive film (area of light receiving surface: 10 mm × 10 mm, layer thickness: 10 μm, semiconductor Layer thickness: 3 μm, innermost layer thickness: 4 μm, content of rod-shaped TiO 2 particles 1 contained in the innermost layer: 10 mass%, thickness of the outermost layer: 3 μm, and contained in the innermost layer Content of the obtained rod-shaped TiO 2 particles 1 was 50% by mass). This produced the photoelectrode which does not contain a sensitizing dye. In the same manner as in the case of the dye-sensitized solar cell 1, the photoelectrode and the counter electrode CE were disposed to face each other via the spacer S, and the electrolyte was filled therein. This completed the dye-sensitized solar cell 2.
(색소 증감 태양전지 3)(Dye-sensitized solar cell 3)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 1 을 반도체층 형성용 페이스트로서 사용하고 페이스트 4 를 광 산란층 형성용 페이스트로서 사용한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서와 동일한 순서에 의해 도 5 에 나타낸 광전극 (10) 과 동일 구성을 갖는 광전극 및 JP-A-2002-289274 호의 도 3 에 나타낸 색소 증감 태양전지 (20) 와 동일 구성을 갖는 색소 증감 태양전지 3 을 제조했다. 반도체 전극은 다음과 같은 구성을 가졌다: 수광면의 면적: 10 mm × 10 mm, 층 두께: 10 μm, 반도체층의 두께: 5 μm, 광 산란층의 두께: 5 μm, 및 광 산란층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 1 의 함유량: 30 질량%.In the manufacturing process of the semiconductor electrode, the photoelectrode (shown in FIG. 5 in the same procedure as in the dye-sensitized solar cell 1 except that paste 1 was used as the semiconductor layer forming paste and paste 4 was used as the light scattering layer forming paste) The photoelectrode which has a structure similar to 10), and the dye-sensitized solar cell 3 which have the same structure as the dye-sensitized solar cell 20 shown in FIG. 3 of JP-A-2002-289274 were manufactured. The semiconductor electrode had the following configuration: area of the light receiving surface: 10 mm × 10 mm, layer thickness: 10 μm, thickness of the semiconductor layer: 5 μm, thickness of the light scattering layer: 5 μm, and contained in the light scattering layer Of rod-shaped TiO 2 particles 1: 30 mass%.
(색소 증감 태양전지 4)(Dye-sensitized solar cell 4)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 2 를 반도체층 형성용 페이스트로서 사용하고 페이스트 6 을 광 산란층 형성용 페이스트로서 사용한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서와 동일한 순서에 의해 도 5 에 나타낸 광전극 (10) 과 동일 구성을 갖는 광전극 및 JP-A-2002-289274 호의 도 3 에 나타낸 색소 증감 태양전지 (20) 와 동일한 구성을 갖는 색소 증감 태양전지 4 를 제조했다. 반도체 전극은 다음과 같은 구성을 가졌다: 수광면의 면적: 10 mm × 10 mm, 층 두께: 10 μm, 반도체층의 두께: 6.5 μm, 광 산란층의 두께: 3.5 μm, 및 광 산란층에 함유된 판상 마이카 입자 1 의 함유량: 20 질량%.In the manufacturing process of the semiconductor electrode, the photoelectrode (shown in FIG. 5 in the same procedure as in the dye-sensitized solar cell 1 except that paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and paste 6 was used as the light scattering layer forming paste) The photoelectrode which has a structure similar to 10), and the dye-sensitized solar cell 4 which have the same structure as the dye-sensitized solar cell 20 shown in FIG. 3 of JP-A-2002-289274 were manufactured. The semiconductor electrode had the following configuration: area of the light receiving surface: 10 mm × 10 mm, layer thickness: 10 μm, thickness of the semiconductor layer: 6.5 μm, thickness of the light scattering layer: 3.5 μm, and contained in the light scattering layer Of the obtained plate-shaped mica particles 1: 20 mass%.
(색소 증감 태양전지 5)(Dye-sensitized solar cell 5)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 2 를 반도체층 형성용 페이스트로서 사용하고 페이스트 8 을 광 산란층 형성용 페이스트로서 사용한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서와 동일한 순서에 의해 광전극 및 색소 증감 태양전지 5 를 제조했다. 반도체 전극의 광 산란층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 3 의 함유량은 30 질량% 였다. In the manufacturing process of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell were carried out in the same procedure as in the dye-sensitized solar cell 1, except that paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and paste 8 was used as the light scattering layer forming paste. 5 was prepared. The content of the rod-shaped TiO 2 particles 3 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode was 30 mass%.
(색소 증감 태양전지 6)(Dye-sensitized solar cell 6)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 2 를 반도체층 형성용 페이스트로서 사용하고 페이스트 9 를 광 산란층 형성용 페이스트로서 사용한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서와 동일한 순서에 의해 광전극 및 색소 증감 태양전지 6 을 제조했다. 반도체 전극의 광 산란층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 4 의 함유량은 30 질량% 였다.In the manufacturing process of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell were carried out in the same procedure as in the dye-sensitized solar cell 1 except that paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and paste 9 was used as the light scattering layer forming paste. 6 was prepared. The content of the rod-shaped TiO 2 particles 4 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode was 30 mass%.
(색소 증감 태양전지 7)(Dye-sensitized solar cell 7)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 2 를 반도체층 형성용 페이스트로서 사용하고 페이스트 10 을 광 산란층 형성용 페이스트로서 사용한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서와 동일한 순서에 의해 광전극 및 색소 증감 태양전지 7 을 제조했다. 반도체 전극의 광 산란층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 5 의 함유량은 30 질량% 였다. In the manufacturing process of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell were carried out in the same procedure as in the dye-sensitized solar cell 1 except that paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and
(색소 증감 태양전지 8)(Dye-sensitized solar cell 8)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 2 를 반도체층 형성용 페이스트로서 사용하고 페이스트 11 을 광 산란층 형성용 페이스트로서 사용한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서와 동일한 순서에 의해 광전극 및 색소 증감 태양전지 8 을 제조했다. 반도체 전극의 광 산란층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 6 의 함유량은 30 질량% 였다. In the manufacturing process of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell were carried out in the same procedure as in the dye-sensitized solar cell 1 except that paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and paste 11 was used as the light scattering layer forming paste. 8 was prepared. The content of the rod-shaped TiO 2 particles 6 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode was 30 mass%.
(색소 증감 태양전지 9)(Dye-sensitized solar cell 9)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 2 를 반도체층 형성용 페이스트로서 사용하고 페이스트 13 을 광 산란층 형성용 페이스트로서 사용한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서와 동일한 순서에 의해 광전극 및 색소 증감 태양전지 9 를 제조했다. 반도체 전극의 광 산란층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 8 의 함유량은 30 질량% 였다. In the manufacturing process of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell were carried out in the same procedure as in the dye-sensitized solar cell 1 except that paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and paste 13 was used as the light scattering layer forming paste. 9 was prepared. The content of the rod-shaped TiO 2 particles 8 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode was 30 mass%.
(색소 증감 태양전지 10)(Dye-sensitized solar cell 10)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 2 를 반도체층 형성용 페이스트로서 사용하고 페이스트 14 를 광 산란층 형성용 페이스트로서 사용한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서와 동일한 순서에 의해 광전극 및 색소 증감 태양전지 10 을 제조했다. 반도체 전극의 광 산란층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 9 의 함유량은 30 질량% 였다. In the manufacturing process of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell were carried out in the same procedure as in the dye-sensitized solar cell 1 except that paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and paste 14 was used as the light scattering layer forming paste. 10 was prepared. The content of the rod-shaped TiO 2 particles 9 contained in the light scattering layer of the semiconductor electrode was 30 mass%.
(색소 증감 태양전지 11)(Dye-sensitized solar cell 11)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 2 만을 이용하여 반도체층만을 갖는 반도체 전극 (수광면의 면적: 10 mm × 10 mm, 층 두께: 10 μm) 을 제조한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서 사용된 바와 동일한 순서에 의해 광전극 및 색소 증감 태양전지 11 을 제조했다. In the manufacturing process of the semiconductor electrode, except that a semiconductor electrode (the area of the light receiving surface: 10 mm × 10 mm, the layer thickness: 10 μm) having only the semiconductor layer using only the paste 2, was used in the dye-sensitized solar cell 1 Photoelectrode and dye-sensitized solar cell 11 were manufactured by the same procedure as described above.
(색소 증감 태양전지 12)(Dye-sensitized solar cell 12)
반도체 전극의 제조 과정에서, 페이스트 2 를 반도체층 형성용 페이스트로서 사용해, 페이스트 7 을 광 산란층 형성용 페이스트로서 사용한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 1 에서 사용된 바와 동일한 순서에 의해 광전극 및 색소 증감 태양전지 12 를 제조했다. 반도체 전극의 광 산란층에 함유된 막대 모양 TiO2 입자 2 의 함유량은 30 질량% 였다.In the manufacturing process of the semiconductor electrode, the photoelectrode and the dye sensitization were carried out in the same procedure as used in the dye-sensitized solar cell 1 except that the paste 2 was used as the semiconductor layer forming paste and the
[전지 특성 시험][Battery characteristics test]
전지 특성 시험을 실시하고, 색소 증감 태양전지의 변환 효율 η 을 측정했다. 전지 특성 평가 시험은, 솔라 시뮬레이터 (Wacom Electric Co., Ltd. 제조, WXS-85-H 형) 를 이용해 AM1.5 필터를 통한 크세논 램프로부터의 유사 태양광의 조사 조건을 1000 W/cm2 로 한 측정 조건 하에 실시했다. I-V 테스터를 이용해 전류-전압 특성을 측정하고, 변환 효율 η [%] 을 구했다. 그 결과를 표 6 에 나타낸다. 결과는, 변환 효율이 7.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 7.0% 이상 7.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 6.5% 이상 7.0% 미만인 것을 △ 으로; 변환 효율이 6.5% 미만인 것을 × 로서 나타낸다. 변환 효율이 7.0% 이상인 것을 합격으로 했다. The battery characteristic test was done and conversion efficiency (eta) of the dye-sensitized solar cell was measured. The battery characteristic evaluation test was carried out using a solar simulator (manufactured by Wacom Electric Co., Ltd., type WXS-85-H) with a condition of irradiation of pseudo sunlight from a xenon lamp through an AM1.5 filter at 1000 W / cm 2 . It carried out under the measurement conditions. The current-voltage characteristic was measured using the IV tester, and conversion efficiency (eta) [%] was calculated | required. The results are shown in Table 6. The result is that the conversion efficiency is 7.5% or more; Conversion efficiency is 7.0% or more and less than 7.5% to o; To Δ, wherein the conversion efficiency is 6.5% or more and less than 7.0%; It is represented as x that conversion efficiency is less than 6.5%. The conversion efficiency was 7.0% or more as the pass.
[표 6] TABLE 6
표 6 으로부터, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용하여 제조한 광전기화학 전지는 변환 효율이 합격 수준임을 알 수 있다. 반면, 비교 색소를 사용한 경우에는, 변환 효율이 낮았다.From Table 6, it turns out that the conversion efficiency of the photoelectrochemical cell manufactured using the metal complex dye of this invention is a pass level. On the other hand, when the comparative dye was used, the conversion efficiency was low.
<실험 7>
금속 산화물 미립자에 금속 알콕시드를 첨가하고, 혼합물을 슬러리상으로 만들었다. 그 슬러리를 도전성 기판에 도포한 후, 슬러리에 UV 오존 조사, UV 조사 및/또는 건조를 실시하여 전극을 제조했다. 그 후, 광전기화학 전지를 제조하고, 변환 효율을 측정했다. Metal alkoxide was added to the metal oxide fine particles, and the mixture was slurried. After apply | coating this slurry to a conductive substrate, the slurry was UV ozone irradiation, UV irradiation, and / or drying, and the electrode was manufactured. Then, the photoelectrochemical cell was produced and conversion efficiency was measured.
(금속 산화물 미립자)(Metal oxide fine particles)
금속 산화물 미립자로서는 산화 티탄을 사용했다. 산화 티탄으로는, 질량 기준으로 30% 의 루틸형 및 70% 의 아나타제형으로 이루어진, 평균 입경 25 nm 의 P25 분말 (Degussa GmbH 제조, 상품명) 을 사용했다.Titanium oxide was used as metal oxide fine particles. As the titanium oxide, P25 powder (manufactured by Degussa GmbH, trade name) having an average particle diameter of 25 nm, which was composed of 30% rutile type and 70% anatase type by mass basis, was used.
(금속 산화물 미립자 분말의 전처리)(Pretreatment of Metal Oxide Fine Particle Powder)
금속 산화물 미립자를 미리 열처리함으로써, 유기물과 수분을 표면에서 제거했다. 산화 티탄 미립자의 경우에는, 그 입자를 450 ℃ 의 오븐에서 대기 하에 30 분 동안 가열했다.By heat-treating metal oxide fine particles beforehand, organic substance and water were removed from the surface. In the case of the titanium oxide fine particles, the particles were heated in an oven at 450 ° C. for 30 minutes.
(금속 산화물 미립자에 포함된 수분량의 측정)(Measurement of Water Content in Metal Oxide Fine Particles)
온도 26 ℃ 및 습도 72% 의 환경에 보존해 둔 산화 티탄 및 P25 분말 (Degussa GmbH 제조, 상품명) 에 포함된 수분량을, 열 중량 측정시의 중량 감소, 및 300 ℃ 로 가열했을 때에 탈착한 수분량의 칼 피셔 (Karl Fischer) 적정에 의해 정량적으로 측정했다. The amount of water contained in titanium oxide and P25 powder (manufactured by Degussa GmbH, trade name) stored in an environment having a temperature of 26 ° C. and a humidity of 72% was reduced by weight during thermogravimetric measurement and the amount of water desorbed when heated to 300 ° C. Quantitatively measured by Karl Fischer titration.
산화 티탄과 P25 분말 (Degussa GmbH 제조, 상품명) 을 300 ℃ 로 가열했을 때에 탈착하는 수분량을 칼 피셔 적정에 의해 정량적으로 측정하였더니, 0.1033 g 의 산화 티탄 미분말 중에 0.253 mg 의 물이 포함되어 있었다. 보다 구체적으로, 산화 티탄 미분말은 약 2.5 중량% 의 수분을 포함하고 있었다. 상기 금속 산화물 미립자 분말을 30 분 동안 열처리한 후, 데시케이터에서 보존하여 사용했다.The amount of water desorbed when titanium oxide and P25 powder (manufactured by Degussa GmbH, trade name) was heated to 300 ° C. was quantitatively measured by Karl Fischer titration, and 0.253 mg of water was contained in 0.1033 g of fine titanium oxide powder. More specifically, the titanium oxide fine powder contained about 2.5% by weight of water. The metal oxide fine particle powder was heat treated for 30 minutes, and then stored and used in a desiccator.
(금속 알콕시드 페이스트의 제조)(Production of Metal Alkoxide Paste)
금속 산화물 미립자를 결합하는 역할을 하는 금속 알콕시드로서는, 티탄 원료로서 티탄 (IV) 테트라이소프로폭시드 (TTIP), 지르코늄 원료로서 지르코늄 (IV) 테트라-n-프로폭시드, 및 니오브 원료로서 니오브 (V) 펜타에톡시드 (모두 Sigma-Aldrich Company 제조) 를 사용했다.Examples of metal alkoxides that bind metal oxide fine particles include titanium (IV) tetraisopropoxide (TTIP) as a titanium raw material, zirconium (IV) tetra-n-propoxide as a zirconium raw material, and niobium as a niobium raw material. (V) pentaethoxide (both manufactured by Sigma-Aldrich Company) was used.
금속 산화물 미립자와 금속 알콕시드의 몰 농도비는, 금속 알콕시드의 가수분해 결과 생성되는 무정형 층이 과도하게 두꺼워지지 않도록 하고, 입자끼리의 결합을 충분히 달성할 수 있도록, 금속 산화물 미립자 직경에 따라 적절히 조절했다. 금속 알콕시드는 모두 0.1 M 의 에탄올 용액 형태로 사용했다. 산화 티탄 미립자와 티탄 (IV) 테트라이소프로폭시드 (TTIP) 를 혼합하는 경우에는, 3.55 g 의 0.1 M TTIP 용액을 산화 티탄 미립자 1 g 과 혼합했다. 이 때, 이렇게 얻어진 페이스트 중의 산화 티탄 농도는 약 22 질량% 이었고, 상기 페이스트는 도포에 적절한 점도를 가졌다. 또한, 이 때 산화 티탄과 TTIP 와 에탄올의 비는 질량 기준으로 1:0.127:3.42 이었고, 몰 기준으로는 1:0.036:5.92 였다.The molar concentration ratio of the metal oxide fine particles to the metal alkoxide is appropriately adjusted according to the diameter of the metal oxide fine particles so that the amorphous layer resulting from the hydrolysis of the metal alkoxide does not become excessively thick and sufficient bonding of the particles can be achieved. did. All metal alkoxides were used in the form of 0.1 M ethanol solution. When mixing titanium oxide fine particles and titanium (IV) tetraisopropoxide (TTIP), 3.55 g of 0.1 M TTIP solution was mixed with 1 g of titanium oxide fine particles. At this time, the titanium oxide concentration in the paste thus obtained was about 22 mass%, and the paste had a viscosity suitable for application. In this case, the ratio of titanium oxide, TTIP, and ethanol was 1: 0.127: 3.42 on a mass basis, and 1: 0.036: 5.92 on a molar basis.
마찬가지로, 산화 티탄 미립자와, TTIP 이외의 알콕시드와의 혼합 페이스트도 또한 미립자 농도가 22 질량% 가 되도록 제조했다. 산화 아연 및 산화 주석 미립자를 사용한 페이스트에서는 미립자의 농도를 16 질량% 로 했다. 산화 아연 및 산화 주석의 경우에는, 금속 산화물 미립자 1 g 에 대해 금속 알콕시드 용액을 5.25 g 의 비로 혼합했다. Similarly, a mixed paste of titanium oxide fine particles and an alkoxide other than TTIP was also prepared so that the particulate concentration was 22% by mass. In the paste using zinc oxide and tin oxide fine particles, the concentration of the fine particles was 16% by mass. In the case of zinc oxide and tin oxide, the metal alkoxide solution was mixed with the ratio of 5.25 g with respect to 1 g of metal oxide fine particles.
금속 산화물 미립자와 금속 알콕시드 용액을, 밀폐 용기 중에서 마그네틱 교반자로 2 시간 교반하여, 균일한 페이스트를 얻었다. 도전성 기판에 대한 페이스트의 도포 방법에 대해서는, 닥터 블레이드법, 스크린 인쇄법, 스프레이 도포법 등을 사용할 수 있고, 적절한 페이스트 점도는 도포 방법에 의해 적절히 선택했다. 본 구현예에서는, 간편하게 유리 막대로 페이스트를 도포하는 방법 (닥터 블레이드법과 유사) 을 사용했다. 이 경우, 적절한 페이스트 점도를 제공하는 금속 산화물 미립자의 농도는 대략 5 내지 30 질량% 의 범위였다.The metal oxide fine particles and the metal alkoxide solution were stirred for 2 hours with a magnetic stirrer in a sealed container to obtain a uniform paste. About the coating method of the paste to an electroconductive substrate, the doctor blade method, the screen printing method, the spray coating method, etc. can be used, The suitable paste viscosity was suitably selected by the coating method. In this embodiment, a method (similar to the doctor blade method) of simply applying a paste with a glass rod was used. In this case, the concentration of the metal oxide fine particles which gave an appropriate paste viscosity was in the range of about 5-30 mass%.
금속 알콕시드의 분해 결과 생성되는 무정형 금속 산화물의 층 두께는 본 예시에서는 약 0.1 내지 0.6 nm 범위이며, 적절한 범위로 조정할 수 있다.The layer thickness of the amorphous metal oxide resulting from the decomposition of the metal alkoxide is in the range of about 0.1 to 0.6 nm in this example and can be adjusted to an appropriate range.
(도전성 기판 상에 대한 페이스트의 도포 및 풍건 처리)(Coating and Air Drying of Paste on Conductive Substrate)
주석-도핑한 산화 인듐 (ITO) 도전막이 부착된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 필름 기판 (20 Ω/cm2) 또는 불소-도핑한 산화 주석 (FTO) 도전막이 부착된 유리 기판 (10 Ω/cm2) 에, 스페이서로서 점착 테이프 2 장을 일정 간격으로 평행하게 접착하고, 상기한 방법에 따라 제조한 각 페이스트를 유리 막대를 이용해 기판에 균일하게 도포했다. Polyethylene terephthalate (PET) film substrate with tin-doped indium oxide (ITO) conductive film (20 Ω / cm 2 ) or glass substrate with fluorine-doped tin oxide (FTO) conductive film (10 Ω / cm 2 ), Two adhesive tapes were adhere | attached in parallel at regular intervals as a spacer, and each paste manufactured according to the said method was apply | coated uniformly to the board | substrate using the glass rod.
페이스트를 도포 후, 색소 흡착 전에, UV 오존 처리, UV 조사 처리 및/또는 건조 처리의 유무에 대해 조건을 바꾸어 다공질 막을 제조했다.After apply | coating a paste and before dye adsorption, the conditions were changed with or without UV ozone treatment, UV irradiation treatment, and / or a drying process, and the porous membrane was manufactured.
(건조 처리)(Dry processing)
도전성 기판에 도포한 후에 얻어진 막을 대기 중 실온에서 약 2 분 동안 풍건시켰다. 이 과정에서, 페이스트 내 금속 알콕시드가 대기 중의 수분에 의해 가수분해되어, Ti 알콕시드, Zr 알콕시드, 및 Nb 알콕시드로부터 각각 모두 무정형인 산화 티탄, 산화 지르코늄, 및 산화 니오브가 형성되었다.The film obtained after application to the conductive substrate was air dried for about 2 minutes at room temperature in the air. In this process, the metal alkoxide in the paste was hydrolyzed by moisture in the air to form amorphous titanium oxide, zirconium oxide, and niobium oxide, which were each amorphous from Ti alkoxide, Zr alkoxide, and Nb alkoxide.
이렇게 생성된 무정형 금속 산화물이, 금속 산화물 미립자와 다른 금속 산화물 미립자를 접착하는 역할 및 막과 도전성 기판을 접착하는 역할을 달성하기 때문에, 풍건에 의해서만 기계적 강도와 부착성이 뛰어난 다공질 막이 얻어졌다.Since the amorphous metal oxide thus produced achieves the role of adhering the metal oxide fine particles to other metal oxide fine particles, and the role of adhering the membrane and the conductive substrate, a porous membrane excellent in mechanical strength and adhesion is obtained only by air drying.
(UV 오존 처리)(UV ozone treatment)
UV 오존 처리에는 Nippon Laser Electronics Lab Co., Ltd. 제조의 NL-UV253 인 UV 오존 클리너를 사용했다. UV 광원에는 185 nm 와 254 nm 에 방출선을 각각 갖는 4.5 W 수은 램프 3 개가 포함되며, 시료를 광원으로부터 약 6.5 cm 의 거리에 수평으로 배치했다. 챔버 안에 산소 기류를 도입하면 오존이 발생된다. 본 예시에 있어서는 이 UV 오존 처리를 2 시간 동안 실시했다. 이 UV 오존 처리에 의한 ITO 막 및 FTO 막의 도전성의 저하는 보여지지 않았다.UV ozone treatment includes Nippon Laser Electronics Lab Co., Ltd. UV ozone cleaner which is NL-UV253 of manufacture was used. The UV light source included three 4.5 W mercury lamps with emission lines at 185 nm and 254 nm, respectively, and the samples were placed horizontally at a distance of about 6.5 cm from the light source. The introduction of oxygen airflow into the chamber produces ozone. In this example, this UV ozone treatment was performed for 2 hours. The fall of the electroconductivity of the ITO membrane and FTO membrane by this UV ozone treatment was not seen.
(UV 처리)(UV treatment)
챔버를 질소 치환함으로써 처리를 실시하는 것 이외에는, UV 오존 처리시와 동일하게 하여 2 시간 동안 UV 처리를 실시했다. 이 UV 처리에 의한 ITO 막 및 FTO 막의 도전성의 저하는 보여지지 않았다.A UV treatment was carried out for 2 hours in the same manner as in the UV ozone treatment, except that the treatment was carried out by replacing the chamber with nitrogen. The fall of the electroconductivity of the ITO film | membrane and FTO film | membrane by this UV process was not seen.
(색소 흡착)(Color adsorption)
색소에는, 하기 표 7 에 기재된 각 색소를 이용하여, 0.5 mM 에탄올 용액을 제조했다. 본 실험에서는, 상기한 프로세스로 제조한 다공질 막을 100 ℃ 의 오븐에서 1 시간 동안 건조한 후에 증감 색소의 용액에 침지시켰다. 그 다공질 막을 실온에서 50 분 동안 침치한 채로 두어, 산화 티탄 표면에 색소를 흡착시켰다. 색소 흡착 후의 시료를 에탄올로 세정하고, 풍건시켰다.The 0.5 mM ethanol solution was produced for each pigment | dye using each pigment | dye of Table 7 below. In this experiment, the porous membrane prepared by the above process was dried in an oven at 100 ° C. for 1 hour and then immersed in a solution of sensitizing dye. The porous membrane was left to immerse at room temperature for 50 minutes to adsorb the dye onto the titanium oxide surface. The sample after dye adsorption was washed with ethanol and air dried.
(광전기화학 전지의 제조 및 전지 특성 평가)(Manufacture of Photoelectrochemical Cells and Evaluation of Battery Characteristics)
색소 흡착 후 다공질 막이 형성된 도전성 기판을 광전극으로 사용하여, 이 광전극과, 백금 미립자로 스퍼터링에 의해 개질시킨 ITO/PET 막 또는 FTO/유리 대전극을 대향 배치시켰다. 이에 의해, 광전기화학 전지를 제조했다. 상기 광전극의 실효 면적을 약 0.2 cm2 로 조정했다. 전해질 용액으로는 0.5 M LiI, 0.05 M I2, 및 5 M t-부틸피리딘을 포함한 3-메톡시프로피오니트릴을 이용하고, 이 용액을 모세관 현상에 의해 양 전극간의 갭에 도입했다.After the dye adsorption, the conductive substrate on which the porous membrane was formed was used as the photoelectrode, and the photoelectrode and the ITO / PET membrane or the FTO / glass counter electrode which were modified by sputtering with platinum fine particles were disposed to face each other. This produced the photoelectrochemical cell. The effective area of the photoelectrode was adjusted to about 0.2 cm 2 . As the electrolyte solution, 3-methoxypropionitrile containing 0.5 M LiI, 0.05 MI 2 , and 5 M t-butylpyridine was used, and this solution was introduced into the gap between both electrodes by capillary action.
전지 성능의 평가는, 일정 광자수 (1016 cm-2) 에 의한 조사 하에서의 광전류 작용 스펙트럼 측정 및 AM1.5 유사 태양광 (100 mW/cm2) 에 의한 조사 하에서의 I-V 측정에 의해 실시했다. 이들 측정에는 Bunkoukeiki Co., Ltd. 제조의 CEP-2000 형 분광 감도 측정 장치를 이용하여, 변환 효율을 평가했다. 결과는, 변환 효율이 5.0% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 4.5% 이상 5.0% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 4.0% 이상 4.5% 미만의 것을 △ 으로; 변환 효율이 4.0% 미만인 것을 × 로서 평가했다. 변환 효율이 4.5% 이상인 것을 합격으로 했다. Evaluation of battery performance was performed by photocurrent working spectrum measurement under irradiation with a constant photon number (10 16 cm -2 ) and IV measurement under irradiation with AM1.5 pseudo sunlight (100 mW / cm 2 ). These measurements include Bunkoukeiki Co., Ltd. Conversion efficiency was evaluated using the CEP-2000 type | mold spectral sensitivity measuring device of manufacture. The result is that conversion efficiency is 5.0% or more as ⊙; Conversion efficiency is 4.5% or more and less than 5.0% to o; A conversion efficiency of 4.0% or more and less than 4.5% to Δ; The conversion efficiency evaluated as less than 4.0% as x. The conversion efficiency was 4.5% or more as the pass.
[표 7][Table 7]
표 7 에 있어서, "UV 오존", "UV" 및 "건조" 란은, 각각, 다공질 막의 형성 후 및 증감 색소 흡착 전에 있어서의, UV 오존 처리, UV 조사 처리 및 건조 처리의 유무를 나타낸다. 처리 시료를 "○" 로 , 미처리 시료를 "×" 로 나타낸다.In Table 7, the "UV ozone", "UV", and "dry" columns indicate the presence or absence of UV ozone treatment, UV irradiation treatment, and drying treatment after formation of the porous membrane and before sensitizing dye adsorption, respectively. A treated sample is represented by "(circle)" and an untreated sample is represented by "x".
표 7 의 "TiO2 의 전처리" 란은 산화 티탄 미립자의 전처리 (450 ℃ 의 오븐에서 30 분 동안 열 처리) 의 유무를 나타낸다. 시료 7-6, 7-14, 7-22, 7-30, 및 7-38 은, 고 TTIP 농도 (산화 티탄:TTIP 의 몰비가 1:0.356) 의 페이스트를 사용하여 수득한 시료를 나타낸다. 다른 시료 (시료 7-1 내지 7-5, 7-7 내지 7-13, 7-23 내지 7-29, 7-31 내지 7-37, 7-39, 및 7-40) 는 모두 몰비 산화 티탄:TTIP 가 1:0.0356 인 페이스트를 사용하여 얻어진 것들이다.The column of “Pretreatment of TiO 2 ” in Table 7 indicates the presence or absence of pretreatment of titanium oxide fine particles (heat treatment in an oven at 450 ° C. for 30 minutes). Samples 7-6, 7-14, 7-22, 7-30, and 7-38 represent samples obtained by using a paste having a high TTIP concentration (molar ratio of titanium oxide: TTIP of 1: 0.356). All other samples (samples 7-1 to 7-5, 7-7 to 7-13, 7-23 to 7-29, 7-31 to 7-37, 7-39, and 7-40) were all molar ratio titanium oxide : It is those obtained using the paste whose TTIP is 1: 0.0356.
표 7 로부터, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용하여 제조한 광전기화학 전지는, 다공질 막의 형성 후 및 증감 색소 흡착 전에 있어서의, UV 오존 처리, UV 조사 처리 및 건조 처리의 유무에 관계없이, 당해 색소를 단독 사용한 경우보다, 광전기화학 전지의 변환 효율이 높고 합격 수준의 변환 효율이 얻어짐을 알 수 있다.From Table 7, the photoelectrochemical battery produced using the metal complex dye of the present invention, regardless of the presence or absence of UV ozone treatment, UV irradiation treatment and drying treatment after formation of the porous membrane and before adsorption of the sensitizing dye, the dye. It can be seen that the conversion efficiency of the photoelectrochemical battery is higher and the conversion efficiency of the pass level is obtained than when using only.
반면, 비교 색소를 사용한 경우에는, 변환 효율이 낮은 것을 알았다.On the other hand, when the comparative pigment | dye was used, it turned out that conversion efficiency is low.
<실험 8>Experiment 8
용매로서 아세토니트릴을 이용하여, 요오드화 리튬 0.1 mol/L, 요오드 0.05 mol/L, 및 요오드화 디메틸프로필이미다졸륨 0.62 mol/L 를 용해시킨 전해질 용액을 제조했다. 이 용액에 하기에 나타내는 No.1 내지 No.8 의 벤즈이미다졸계 화합물을 각각 농도 0.5 mol/L 가 되도록 따로따로 첨가하여, 화합물을 용해시켰다.Using acetonitrile as a solvent, an electrolyte solution in which 0.1 mol / L of lithium iodide, 0.05 mol / L of iodine and 0.62 mol / L of dimethylpropyl imidazolium iodide was dissolved was prepared. Benzimidazole-based compounds of Nos. 1 to 8 shown below were separately added to this solution so as to have a concentration of 0.5 mol / L, respectively, and the compounds were dissolved.
No.1 내지 No.8 의 벤즈이미다졸계 화합물의 전해질 용액을, 본 발명의 금속 착물 색소를 담지한 도전성 유리판을 갖는 다공질 산화 티탄 반도체 박막 (두께 15 μm) 에 적가하였다. 여기에 폴리에틸렌 필름제의 프레임 형태 스페이서 (두께 25 μm) 를 올려 놓고 이 스페이서를 백금 대전극으로 피복하였다. 이에 의해, 광전 변환 소자를 제조했다.The electrolyte solution of the benzimidazole compound of Nos. 1 to 8 was added dropwise to a porous titanium oxide semiconductor thin film (15 μm thick) having a conductive glass plate carrying the metal complex dye of the present invention. The frame-shaped spacer (thickness 25 micrometers) made from polyethylene film was put here, and this spacer was coat | covered with the platinum counter electrode. This manufactured the photoelectric conversion element.
이와 같이 하여 얻어진 광전 변환 소자에, Xe 램프를 광원으로서 이용하여 강도 100 mW/cm2 의 광을 조사했다. 표 8 에는, 이렇게 얻어진 개방 회로 전압과 광전 변환 효율을 나타낸다. 결과는, 개방 회로 전압이 0.75 V 이상의 것을 "⊙" 으로; 개방 회로 전압이 0.70 V 이상 0.75 V 미만의 것을 "○" 으로; 개방 회로 전압이 0.65 V 이상 0.70 V 미만의 것을 "△" 으로; 개방 회로 전압이 0.65 V 미만의 것을 "×" 로서 나타내어 제시하였다. 또한, 결과는, 변환 효율이 7.5% 이상의 것을 "⊙" 으로; 변환 효율이 7.0% 이상 7.5% 미만의 것을 "○" 으로; 변환 효율이 6.5% 이상 7.0% 미만의 것을 "△" 으로; 변환 효율이 6.5% 미만의 것을 "×" 로서 나타내어 제시하였다. 개방 회로 전압이 0.70 V 이상, 및 변환 효율이 7.0% 이상인 것을 합격으로 했다.The photoelectric conversion element thus obtained was irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 using an Xe lamp as a light source. Table 8 shows the open circuit voltage and the photoelectric conversion efficiency thus obtained. The result is that " ⊙ " with an open circuit voltage of 0.75 V or more; "○" with an open circuit voltage of 0.70 V or more and less than 0.75 V; An open circuit voltage of 0.65 V or more and less than 0.70 V as "Δ"; Open circuit voltages of less than 0.65 V are shown as " x ". In addition, the result shows that conversion efficiency is 7.5% or more as "⊙"; Those having a conversion efficiency of not less than 7.0% and less than 7.5% as "o"; Conversion efficiency is 6.5% or more and less than 7.0% by "Δ"; The conversion efficiency of less than 6.5% is shown as " x ". The open circuit voltage was 0.70 V or more and conversion efficiency was 7.0% or more as the pass.
또한, 표 8 에는, 벤즈이미다졸계 화합물을 첨가하지 않은 전해액을 사용한 광전 변환 소자에 의해 수득된 결과도 나타낸다.Moreover, Table 8 also shows the result obtained by the photoelectric conversion element using the electrolytic solution which did not add the benzimidazole type compound.
[표 8][Table 8]
표 8 로부터, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용하여 제조한 광전 변환 소자는 개방 회로 전압 및 변환 효율이 모두 합격 수준이었음을 알 수 있다.Table 8 shows that the open circuit voltage and conversion efficiency of the photoelectric conversion element manufactured using the metal complex dye of the present invention were the pass level.
반면, 비교 색소를 사용한 경우에는, 개방 회로 전압과 변환 효율이 낮은 것을 알았다.On the other hand, when the comparative dye was used, it was found that the open circuit voltage and the conversion efficiency were low.
<실험 9>Experiment 9
색소 증감 태양전지 <1> 내지 <4> 를 이하의 방법에 따라 제조했다. 이들 색소 증감 태양전지에 있어서, 하기 표 9 에 나타내는 금속 착물 색소를 흡착시켜 시료 번호 9-1 내지 9-20 을 얻었다.Dye-sensitized solar cells <1> to <4> were manufactured by the following method. In these dye-sensitized solar cells, the metal complex dyes shown in Table 9 below were adsorbed to obtain Sample Nos. 9-1 to 9-20.
(색소 증감 태양전지 <1>)(Dye-sensitized solar cell <1>)
이하에 나타내는 순서에 의해, JP-A-2004-152613 호에 기재된 도 1 에 나타낸 광전극 (10) 과 동일 구성을 갖는 광전극 (단, 반도체 전극 (2) 을 2 층 구조로 했다) 을 제조했다. 또한, 상기 광전극을 사용한 것 이외에는, JP-A-2004-152613 호에 기재된 도 1 에 나타낸 색소 증감 태양전지 (20) 와 동일 구성을 갖는 색소 증감 태양전지 (반도체 전극 (2) 의 수광면 F2 의 면적:1 cm2) 를 제조했다. 2 층 구조를 갖는 반도체 전극 (2) 의 각층에 대해, 투명 전극 (1) 에 가까운 측에 배치되는 층을 "제 1 의 층" 으로 하고, 다공체층 PS 에 가까운 측에 배치되는 층을 "제 2 의 층" 이라고 한다.According to the procedure shown below, the photoelectrode (however, the semiconductor electrode 2 was made into 2-layer structure) which has the same structure as the
먼저, 평균 입경 25 nm 의 P25 분말 (Degussa GmbH 제조, 상품명) 및 이것과 입경이 상이한 산화 티탄 입자, P200 분말 (평균 입경:200 nm, Degussa GmbH 제조, 상품명) 을 이용하고; P25 와 P200 의 합계 함유량이 15 질량% 이고 P25 와 P200 의 질량비가 P25:P200 = 30:70 이 되도록, 상기 분말들에 아세틸아세톤, 이온 교환수, 및 계면활성제 (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 제조; 상품명: Triton-X) 를 첨가하여 혼련시켰다. 이에 의해, 제 2 의 층 형성용의 슬러리 (이하, "슬러리 1" 이라 함) 를 제조했다.First, P25 powder (manufactured by Degussa GmbH, trade name) having an average particle diameter of 25 nm, titanium oxide particles having different particle diameters from this, and P200 powder (average particle size: 200 nm, manufactured by Degussa GmbH, trade name); Acetic acetone, ion-exchanged water, and surfactant (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added to the powders so that the total content of P25 and P200 was 15% by mass and the mass ratio of P25 and P200 was P25: P200 = 30: 70. (Manufacture: trade name: Triton-X) was added and kneaded. This produced the 2nd slurry for layer formation (henceforth "slurry 1").
다음으로, P200 을 사용하지 않고, P25 만을 사용한 것 이외에는, 슬러리 1 에서 사용된 것과 동일한 제조 순서에 의해 제 1 의 층 형성용의 슬러리 (P1 의 함유량: 15 질량%; 이하, "슬러리 2" 라고 함) 를 제조했다.Next, except for using only P25 without using P200, the slurry for forming a first layer (content of P1: 15 mass%; hereinafter referred to as "Slurry 2") by the same manufacturing procedure as that used in slurry 1 Was prepared).
한편, 유리 기판 (투명 도전성 유리) 위에, 불소-도핑한 SnO2 도전막 (두께:700 nm) 을 형성한 투명 전극 (두께:1.1 mm) 을 형성했다. 이 SnO2 도전막 상에, 상기 서술한 슬러리 2 를 바 코터로 도포한 다음, 슬러리 2 를 건조시켰다. 그 후, 슬러리 2 를 대기 중에서 450 ℃ 로 30 분 동안 소성했다. 이와 같이 하여, 투명 전극 상에 반도체 전극 (2) 의 제 1 의 층을 형성했다.On the other hand, a glass substrate (a transparent conductive glass) on the fluorine-doped SnO 2 conducting film was formed:: (1.1 mm thickness) (thickness: 700 nm) to form a transparent electrode. On this SnO 2 conductive film, slurry 2 described above was applied with a bar coater, and then slurry 2 was dried. Thereafter, slurry 2 was calcined at 450 ° C. for 30 minutes in air. In this way, the first layer of the semiconductor electrode 2 was formed on the transparent electrode.
더욱이, 슬러리 1 을 이용하여 상기한 바와 같이 도포와 소성을 반복함으로써, 제 1 의 층 상에 제 2 의 층을 형성했다. 이와 같이 하여, SnO2 도전막 상에 반도체 전극 2 (수광면의 면적: 1.0 cm2, 제 1 의 층과 제 2 의 층의 합계 두께:10 μm (제 1 의 층의 두께:3 μm, 제 2 의 층의 두께:7 μm)) 를 형성하여, 증감 색소를 함유하고 있지 않는 광전극 (10) 을 제조했다.Moreover, the application | coating and baking were repeated using the slurry 1 as above-mentioned, and the 2nd layer was formed on the 1st layer. Thus, on the SnO 2 conductive film, the semiconductor electrode 2 (area of the light receiving surface: 1.0 cm 2 , the total thickness of the first layer and the second layer: 10 μm (thickness of the first layer: 3 μm, first) 2 layer thickness: 7 micrometers)), and the
다음으로, 색소로서 표 9 에 기재된 각 색소의 에탄올 용액 (증감 색소의 농도: 3×10-4 mol/L) 을 제조했다. 이 용액에 상기 광전극 (10) 을 침지하고, 80 ℃ 의 온도 조건 하에 광전극을 20 시간 동안 침지시킨 채 두었다. 이로써, 반도체 전극의 내부에 색소를 약 1.0×10-7 mol/cm2 의 양으로 흡착시켰다.Next, the ethanol solution (density of sensitizing dye: 3x10 <-4> mol / L) of each pigment | dye of Table 9 was manufactured as a pigment | dye. The
다음으로, 상기의 광전극과 동일한 형상과 크기를 갖는 대전극 CE 를 제조했다. 먼저, 투명 도전성 유리 위에, 염화 백금산 6 수화물의 이소프로판올 용액을 적가하고, 대기 중에서 건조한 후에 450 ℃ 에서 30 분 동안 소성 처리하였다. 이에 의해, 백금 소결 대전극 CE 를 얻었다. 이 대전극 CE 에는 전해질 E 의 주입용 구멍 (직경 1 mm) 을 미리 형성해 두었다. Next, a counter electrode CE having the same shape and size as that of the photoelectrode was produced. First, an isopropanol solution of chloroplatinic acid hexahydrate was added dropwise onto the transparent conductive glass, dried in air, and calcined at 450 ° C. for 30 minutes. This obtained platinum sintered counter electrode CE. In the counter electrode CE, holes (1 mm in diameter) for the injection of the electrolyte E were previously formed.
다음으로, 용매가 되는 메톡시 아세토니트릴에, 요오드화 아연, 요오드화 1,2-디메틸-3-프로필이미다졸륨, 요오드, 및 4-tert-부틸피리딘을 용해시켜, 액상 전해질 (요오드화 아연의 농도:10 mmol/L, 요오드화 디메틸프로필이미다졸륨의 농도:0.6 mol/L, 요오드의 농도: 0.05 mol/L, 및 4-tert-부틸피리딘 농도:1 mol/L) 을 제조했다.Next, zinc iodide, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium, iodide, and 4-tert-butylpyridine are dissolved in methoxy acetonitrile as a solvent, and a liquid electrolyte (concentration of zinc iodide: 10 mmol / L, the concentration of dimethylpropyl imidazolium iodide: 0.6 mol / L, the concentration of iodine: 0.05 mol / L, and the 4-tert-butylpyridine concentration: 1 mol / L) were prepared.
다음으로, 반도체 전극의 크기에 맞춘 형상을 갖는, Mitsui-Dupont Polychemical, Ltd., 제조의 스페이서 S (상품명:"Himilan", 에틸렌/메타크릴산 랜덤 공중합체 아이오노머 필름) 를 제조하고, JP-A-2004-152613 호에 기재된 도 1 에 나타내는 바와 같이, 광전극과 대전극을 스페이서를 개재하여 대향 배치하였다. 상기 전극들을 각각 열 용착에 의해 접착시켰다. 이에 의해, 전지의 케이싱 (전해질 미충전) 을 얻었다.Next, Mitsui-Dupont Polychemical, Ltd., a spacer S (trade name: "Himilan", ethylene / methacrylic acid random copolymer ionomer film) having a shape in accordance with the size of the semiconductor electrode was prepared, and JP- As shown in FIG. 1 described in A-2004-152613, the photoelectrode and the counter electrode were disposed to face each other via a spacer. Each of the electrodes was bonded by thermal welding. This obtained the casing (electrolyte uncharged) of a battery.
다음으로, 액상 전해질을 대전극의 구멍을 통해 케이스 안에 주입한 후, 구멍을 스페이서와 동일한 소재의 부재로 막았다. 이 부재를 추가로 대전극의 구멍에 열 용착시켜 구멍을 밀봉시켰다. 이에 의해, 색소 증감 태양전지 <1> 을 완성시켰다.Next, after the liquid electrolyte was injected into the case through the holes of the counter electrode, the holes were closed with a member made of the same material as that of the spacer. This member was further heat-welded to the hole of the counter electrode to seal the hole. This completed the dye-sensitized solar cell <1>.
(색소 증감 태양전지 <2>)(Dye-sensitized solar cell <2>)
액상 전해질 중의 요오드화 아연의 농도를 50 mmol/L 로 변경한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 <1> 의 경우에서와 동일한 순서 및 동일한 조건으로 색소 증감 태양전지 <2> 를 제조했다.A dye-sensitized solar cell <2> was manufactured under the same procedure and same conditions as in the case of the dye-sensitized solar cell <1>, except that the concentration of zinc iodide in the liquid electrolyte was changed to 50 mmol / L.
(색소 증감 태양전지 <3>)(Dye-sensitized solar cell <3>)
액상 전해질 중에 요오드화 아연 대신에 요오드화 리튬을 첨가하고, 액상 전해질 중의 요오드화 리튬의 농도를 20 mmol/L 로 변경한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 <1> 의 경우에서와 동일한 순서 및 동일한 조건으로 색소 증감 태양전지 <3> 을 제조했다. The dye is sensitized under the same procedure and under the same conditions as in the case of the dye-sensitized solar cell <1>, except that lithium iodide is added to the liquid electrolyte instead of zinc iodide and the concentration of lithium iodide in the liquid electrolyte is changed to 20 mmol / L. The solar cell was manufactured.
(색소 증감 태양전지 <4>)(Dye-sensitized solar cell <4>)
액상 전해질 중에 요오드화 아연 대신에 요오드화 리튬을 첨가하고, 액상 전해질 중의 요오드화 리튬의 농도를 100 mmol/L 로 변경한 것 이외에는, 색소 증감 태양전지 <1> 의 경우에서와 동일한 순서 및 동일한 조건으로 색소 증감 태양전지 <4> 를 제조했다.The dye is sensitized under the same procedure and under the same conditions as in the case of the dye-sensitized solar cell <1>, except that lithium iodide is added to the liquid electrolyte instead of zinc iodide and the concentration of lithium iodide in the liquid electrolyte is changed to 100 mmol / L. The solar cell was manufactured.
[전지 특성 평가 시험][Battery Characteristic Evaluation Test]
이하의 순서에 따라, 전지 특성 평가 시험을 수행하여, 하기 표 9 에 기재된 시료 번호 9-1 내지 9-20 의 색소 증감 태양전지의 광전 변환 효율 (η(%)) 을 측정했다.According to the following procedure, the battery characteristic evaluation test was done and the photoelectric conversion efficiency ((eta) (%)) of the dye-sensitized solar cells of sample numbers 9-1 to 9-20 shown in following Table 9 was measured.
전지 특성 평가 시험은, 솔라 시뮬레이터 (Wacom Electric Co., Ltd. 제조, 상품명: "WXS-85-H 형") 를 이용하여, AM 필터 (AM1.5) 를 통한 크세논 램프 광원으로부터의 유사 태양광의 조사 조건을 100 mW/cm2 로 하는 (이른바 "1 Sun" 의 조사 조건) 측정 조건 하에 실시했다.The battery characteristic evaluation test was carried out using a solar simulator (manufactured by Wacom Electric Co., Ltd., trade name: "WXS-85-H type") of pseudo sunlight from a xenon lamp light source through an AM filter (AM1.5). It carried out under the measurement conditions which make irradiation conditions 100mW / cm <2> (so-called irradiation conditions of "1 Sun").
시료 번호 9-1 내지 9-20 의 색소 증감 태양전지 각각에 대해, I-V 테스터를 이용해 실온에서 전류-전압 특성을 측정하고, 이들 특성으로부터 광전 변환 효율 η[%] 을 구했다. 이와 같이 하여 얻어진 결과를 표 9 (1 Sun 의 조사 조건) 에 나타낸다. 또한, 80 ℃ 에서 암소에서 300 시간 경과 후의 광전 변환 효율 (η (%)) 의 저하율의 값도 또한 표 9 에 제시한다.For each of the dye-sensitized solar cells of Sample Nos. 9-1 to 9-20, current-voltage characteristics were measured at room temperature using an I-V tester, and photoelectric conversion efficiency η [%] was obtained from these characteristics. The result thus obtained is shown in Table 9 (irradiation conditions of 1 Sun). In addition, the value of the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency (η (%)) after 300 hours in the dark at 80 ° C. is also shown in Table 9.
[표 9]TABLE 9
표 9 에 나타낸 결과로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 색소는, 전해질에 요오드화 아연을 첨가하는 경우에서도 높은 변환 효율을 나타냄을 알았다. 이에 반해, 비교 색소를 사용하여 제조한 색소 증감 태양전지는 300 시간 경과 후에 변환 효율이 저하하는 것을 알았다.As is clear from the results shown in Table 9, it was found that the dye of the present invention exhibits high conversion efficiency even when zinc iodide is added to the electrolyte. In contrast, the dye-sensitized solar cell produced using the comparative dye was found to have a lower conversion efficiency after 300 hours.
<실험 10>
1. 이산화 티탄 분산액의 제조1. Preparation of Titanium Dioxide Dispersion
내측을 불소 수지로 코팅한 내용적 200 mL 의 스테인리스 스틸 용기에, 이산화 티탄 미립자 (Nippon Aerosil Co., Ltd. 제조, Degussa P-25) 15 g, 물 45 g, 분산제 (Sigma-Aldrich Company 제조, Triron X-100) 1 g, 및 직경 0.5 mm 의 지르코니아 비즈 (Nikkato Corp. 제조) 30 g 을 넣고, 그 혼합물을 샌드 그라인더 밀 (Aimex, Ltd. 제조) 을 이용하여 1500 rpm 으로 2 시간 동안 분산 처리를 실시했다. 이와 같이 하여 얻어진 분산액으로부터 지르코니아 비즈를 여과 분리했다. 이와 같이 하여 얻어진 분산액 중의 이산화 티탄 미립자의 평균 입경은 2.5 μm 였다. 입경은 Malvern Instruments, Ltd. 제조의 Mastersizer (상품명) 를 이용해 측정했다.In a 200 mL stainless steel container coated with a fluorine resin inside, 15 g of titanium dioxide fine particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., Degussa P-25), 45 g of water, a dispersant (manufactured by Sigma-Aldrich Company), 1 g of Triron X-100) and 30 g of zirconia beads of 0.5 mm in diameter (manufactured by Nikkato Corp.) were added and the mixture was dispersed for 2 hours at 1500 rpm using a sand grinder mill (manufactured by Aimex, Ltd.). Carried out. The zirconia beads were separated by filtration from the dispersion thus obtained. Thus, the average particle diameter of the titanium dioxide fine particle in the dispersion liquid obtained was 2.5 micrometers. The particle size is Malvern Instruments, Ltd. It measured using the manufacture Mastersizer (brand name).
2. 색소 흡착 산화 티탄 미립자층 (전극 A) 의 제조2. Preparation of Pigment Adsorption Titanium Oxide Fine Particle Layer (Electrode A)
불소-도핑한 산화 주석을 도포한 20 mm × 20 mm 크기의 도전성 유리판 (Asahi Glass Co., Ltd. 제조, TCO 유리-U, 표면 저항:약 30 Ω/m2) 을 제조하고, 상기 도전층 측의 양단 (말단으로부터 폭 3 mm 인 부분) 에 스페이서용 점착 테이프를 부착하였다. 다음으로, 유리 막대를 이용해 상기 분산액을 도전층에 도포하였다. 분산액의 도포 후, 점착 테이프를 박리하고, 그 분산액을 실온에서 1 일 동안 풍건시켰다. 다음으로, 이 반도체-코팅 유리판을 전기로 (머플로 FP-32 형, Yamato Scientific Co., Ltd. 제조) 에 넣고, 450 ℃ 에서 30 분 동안 소성했다. 반도체-도포 유리판을 꺼내 냉각한 후, 유리판을 표 10 에 나타내는 색소의 에탄올 용액 (농도: 3×10-4 mol/L) 에 3 시간 동안 침지했다. 색소가 흡착된 반도체-도포 유리판을 4-tert-부틸피리딘에 15 분 동안 침지한 후, 에탄올로 세정하고, 자연 건조시켜, 색소 증감 산화 티탄 미립자층을 얻었다. 이렇게 얻어진 색소 증감 산화 티탄 미립자층의 두께는 10 μm 이며, 산화 티탄 미립자의 도포량은 20 g/m2 였다. 색소의 흡착량은 색소의 종류에 따라 0.1 내지 10 mmol/m2 의 범위 내에서 달랐다.A conductive glass plate (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., TCO Glass-U, surface resistance: about 30 Ω / m 2 ) coated with fluorine-doped tin oxide was prepared, and the conductive layer The adhesive tape for spacers was affixed on the both ends (portion of width 3mm from an end) of the side. Next, the dispersion was applied to the conductive layer using a glass rod. After application of the dispersion, the adhesive tape was peeled off and the dispersion was air dried for 1 day at room temperature. Next, this semiconductor-coated glass plate was placed in an electric furnace (muffle FP-32 type, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) and fired at 450 ° C. for 30 minutes. After the semiconductor-coated glass plate was taken out and cooled, the glass plate was immersed in an ethanol solution (concentration: 3 × 10 −4 mol / L) of the dye shown in Table 10 for 3 hours. The dye-adsorbed semiconductor-coated glass plate was immersed in 4-tert-butylpyridine for 15 minutes, washed with ethanol and dried naturally to obtain a dye-sensitized titanium oxide fine particle layer. The thickness of the dye-sensitized titanium oxide fine particles layer thus obtained was 10 μm, and the coating amount of the titanium oxide fine particles was 20 g / m 2 . The adsorption amount of the dye was different within the range of 0.1 to 10 mmol / m 2 depending on the kind of the dye.
3. 색소 증감 태양전지의 제조3. Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cell
색소 증감 태양전지 a 내지 c 의 3 가지 타입을 이하의 방법에 따라 제조했다. 이들의 색소 증감 태양전지에 있어서, 하기 표 10 에 나타내는 금속 착물 색소, 질소 함유 고분자 및 친전자체를 이용하여 시료 번호 10-1 내지 10-15 를 얻었다.Three types of dye-sensitized solar cells a to c were produced according to the following method. In these dye-sensitized solar cells, Sample Nos. 10-1 to 10-15 were obtained using the metal complex dye, nitrogen-containing polymer, and electrophile shown in Table 10 below.
(a) 색소 증감 태양전지 a 의 제조(a) Preparation of dye-sensitized solar cell a
용매로서는, 아세토니트릴과 3-메틸-2-옥사졸리디논의 체적비 90/10 의 혼합물을 사용했다. 이 용매에, 요오드, 및 전해질 염으로서 1-메틸-3-헥실이미다졸륨의 요오드 염을 첨가하여, 0.5 mol/L 의 전해질 염 및 0.05 mol/L 의 요오드를 포함하는 용액을 제조했다. 이 용액에, (용매 + 질소 함유 고분자 화합물 + 염) 100 질량부에 대해, 질소 함유 고분자 화합물 (α) 을 10 질량부 첨가했다. 더욱이, 질소 함유 고분자 화합물의 반응성 질소 원자에 대한 친전자체 (β) 를 0.1 몰 혼합하여, 균일한 반응 용액을 얻었다.As a solvent, the mixture of the volume ratio 90/10 of acetonitrile and 3-methyl- 2-oxazolidinone was used. To this solvent, iodine and an iodine salt of 1-methyl-3-hexylimidazolium as an electrolyte salt were added to prepare a solution containing 0.5 mol / L of electrolyte salt and 0.05 mol / L of iodine. 10 mass parts of nitrogen containing polymer compounds ((alpha)) were added to this solution with respect to 100 mass parts of (solvent + nitrogen containing polymer compound + salt). Furthermore, 0.1 mol of the electrophiles (β) to the reactive nitrogen atoms of the nitrogen-containing polymer compound were mixed to obtain a uniform reaction solution.
한편, 도전성 유리판 상에 형성된 색소 증감 산화 티탄 미립자층 위에 스페이서를 개재하여, 백금을 증착한 유리판으로 형성된 대전극을 백금 박막측을 아래로 향하게 하여 탑재하여, 도전성 유리판 및 백금 증착 유리판을 고정했다. 이와 같이 하여 얻어진 조립체의 개방 말단을 상기한 전해질 용액에 침지하여, 모세관 현상에 의해 색소 증감 산화 티탄 미립자층 안에 반응 용액을 침투시켰다.On the other hand, the counter electrode formed of the glass plate which vapor-deposited platinum was mounted on the dye-sensitized titanium oxide fine particle layer formed on the conductive glass plate facing the platinum thin film side down, and the conductive glass plate and the platinum vapor deposition glass plate were fixed. The open end of the granules thus obtained was immersed in the electrolyte solution described above, and the reaction solution was permeated into the dye-sensitized titanium oxide fine particle layer by capillary action.
다음으로, 상기 조립체를 80 ℃ 에서 30 분 동안 가열하여, 가교 반응을 실시했다. 이와 같이 하여, JP-A-2000-323190 호에 기재된 도 2 에 나타낸 바와 같이, 도전성 유리판 (10) 의 도전층 (12) 상에, 색소 증감 산화 티탄 미립자층 (20), 전해질층 (30), 및 백금 박막 (42) 과 유리판 (41) 으로 형성된 대전극 (40) 이 순서대로 적층되어 있는, 본 발명의 색소 증감 태양전지 a-1 (시료 번호 10-1) 을 얻었다.Next, the granulated body was heated at 80 ° C. for 30 minutes to carry out a crosslinking reaction. Thus, as shown in FIG. 2 of JP-A-2000-323190, on the conductive layer 12 of the
또한, 색소를 하기 표 10 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는, 상기한 공정을 반복함으로써, 감광체층 (20) 및/또는 전하 수송층 (30) 이 상이한 색소 증감 태양전지 a-2 내지 a-5 를 얻었다.In addition, the dye-sensitized solar cells a-2 to a-5, in which the photoconductor layer 20 and / or the charge transport layer 30 differ, are repeated by repeating the above-described steps except that the dye is changed as shown in Table 10 below. Got it.
(b) 색소 증감 태양전지 b(b) dye-sensitized solar cell b
상기한 바와 같이 본 발명의 색소에 의해 색소 증감된 산화 티탄 미립자층으로 형성된 전극 A (20 mm × 20 mm) 를 같은 크기의 백금 증착 유리판에 스페이서를 개재하여 중첩시켰다. 다음으로, 두 유리판 사이의 간극에 모세관 현상을 이용해 전해액 (아세토니트릴과 3-메틸-2-옥사졸리디논의 체적비 90/10 의 혼합물을 용매로 한 요오드 0.05 mol/L 및 요오드화 리튬 0.5 mol/L 의 용액) 을 침투시켜, 색소 증감 태양전지 b-1 (시료 번호 10-2) 을 제조했다. 또한, 색소를 하기 표 10 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는 상기 공정을 반복함으로써, 색소 증감 태양전지 b-2 내지 b-5 를 얻었다.As described above, the electrode A (20 mm x 20 mm) formed of the titanium oxide fine particle layer dye-sensitized with the dye of the present invention was superimposed on the platinum vapor deposition glass plate of the same size through a spacer. Next, using a capillary phenomenon in the gap between the two glass plates, an electrolyte solution (0.05 mol / L of iodine and 0.5 mol / L of lithium iodide using a mixture of acetonitrile and a volume ratio of 90/10 of 3-methyl-2-oxazolidinone as a solvent) Solution) was penetrated to prepare a dye-sensitized solar cell b-1 (Sample No. 10-2). Moreover, dye-sensitized solar cells b-2 to b-5 were obtained by repeating the said process except having changed the pigment | dye as shown in Table 10 below.
(c) 색소 증감 태양전지 c (JP-A-9-27352 호에 기재된 전해질)(c) Dye-sensitized solar cell c (electrolyte of JP-A-9-27352)
상기한 바와 같이 본 발명의 색소에 의해 색소 증감된 산화 티탄 미립자층으로 형성된 전극 A (20 mm × 20 mm) 상에, 전해액을 도포하여, 전극 A 를 전해액으로 함침시켰다. 전해액은, 헥사에틸렌 글리콜 메타크릴레이트 (Nippon Oil & Fats Co., Ltd. 제조, Blenmer PE-350) 1 g, 에틸렌 글리콜 1 g 및 중합 개시제로서의 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온 (Ciba-Geigy Japan, Ltd. 제조, Darocur 1173) 20 mg 을 함유하는 혼합액에, 요오드화 리튬 500 mg 을 용해하고 10 분 동안 진공 탈기함으로써 얻었다. 다음으로, 상기 혼합 용액으로 함침시킨 다공성 산화 티탄 층을 감압 하에 두어 다공성 산화 티탄 층 중의 기포를 제거하였다. 단량체의 침투를 가속화시킨 후, 단량체를 자외선 조사에 의해 중합시켜, 고분자 화합물의 균일한 겔을 다공성 산화 티탄 층의 미세 구멍 내부에 충전시켰다. 이와 같이 하여 얻어진 생성물을 요오드 분위기에 30 분 동안 노출시켜 고분자 화합물 내에 요오드를 확산시킨 후, 백금 증착 유리판을 중첩시켰다. 이에 의해, 색소 증감 태양전지 c-1 (시료 번호 10-3) 을 얻었다. 또한, 색소를 하기 표 10 에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는 상기 공정을 반복함으로써, 색소 증감 태양전지 c-2 내지 c-5 를 얻었다. As mentioned above, electrolyte solution was apply | coated on the electrode A (20 mm x 20 mm) formed from the titanium oxide fine particle layer sensitized with the pigment | dye of this invention, and electrode A was impregnated with electrolyte solution. The electrolyte solution is 1 g of hexaethylene glycol methacrylate (manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd., Blenmer PE-350), 1 g of ethylene glycol, and 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl as a polymerization initiator. It was obtained by dissolving 500 mg of lithium iodide in a mixed solution containing 20 mg of propane-1-one (manufactured by Ciba-Geigy Japan, Ltd., Darocur 1173) and vacuum degassing for 10 minutes. Next, the porous titanium oxide layer impregnated with the mixed solution was placed under reduced pressure to remove bubbles in the porous titanium oxide layer. After accelerating the penetration of the monomer, the monomer was polymerized by ultraviolet irradiation, so that a uniform gel of the polymer compound was filled inside the micropores of the porous titanium oxide layer. The product thus obtained was exposed to an iodine atmosphere for 30 minutes to diffuse iodine into the polymer compound, and then the platinum deposited glass plate was superimposed. This obtained the dye-sensitized solar cell c-1 (sample number 10-3). In addition, the dye-sensitized solar cells c-2 to c-5 were obtained by repeating the said process except having changed the pigment | dye as shown in Table 10 below.
5. 광전 변환 효율의 측정5. Measurement of photoelectric conversion efficiency
500 W 의 크세논 램프 (Ushio, Inc. 제조) 의 광을 AM1.5 필터 (Oriel Instruments Corp. 제조) 및 샤프 컷 필터 (KenkoL-42) 를 통과시킴으로써 자외선을 포함하지 않는 유사 태양광을 얻었다. 광 강도는 89 mW/cm2 로 설정했다.Pseudo sunlight that does not contain ultraviolet rays was obtained by passing a light of a 500 W xenon lamp (manufactured by Ushio, Inc.) through an AM1.5 filter (manufactured by Oriel Instruments Corp.) and a sharp cut filter (KenkoL-42). The light intensity was set to 89 mW / cm 2 .
상기 광전기화학 전지의 도전성 유리판 (10) 및 백금 증착 유리판 (40) 을 각각 악어입 클립에 접속하고, 각 악어입 클립을 전류 전압 측정 장치 (Keithley SMU238 형 (상품명)) 에 접속시켰다. 이 광전기화학 전지에 도전성 유리판 (10) 측으로부터 유사 태양광을 조사하고, 이와 같이 하여 발생된 전기를 전류 전압 측정 장치를 이용해 측정했다. 이에 의해 구한 광전기화학 전지의 변환 효율 (η) 의 초기값, 및 암소에서 300 시간 보존 후의 변환 효율의 저하율을 표 10 에 나타낸다. 변환 효율의 초기값이 7.0% 이상인 것을 합격으로 하고, 300 시간 경과 후의 변환 효율의 저하율이 7.0% 이하인 것을 합격으로 했다.The
[표 10] [Table 10]
(비고) (Remarks)
(1) 색소의 기호는 본 발명의 상세한 설명에 기재된 바와 같다.(1) The symbol of a pigment is as having described in the detailed description of this invention.
(2) 질소 함유 고분자 α 및 친전자체 β 는 각각 이하의 화합물을 나타낸다.(2) The nitrogen-containing polymer α and the electrophile β each represent the following compounds.
표 10 으로부터, 본 발명의 색소를 사용하여 제조한 광전기화학 전지는 각각 변환 효율의 초기값이 합격 수준이고, 게다가 300 시간 경과 후의 변환 효율의 저하율이 7% 이하인 우수한 내구성을 가짐을 알 수 있다.It can be seen from Table 10 that each of the photoelectrochemical cells produced using the dye of the present invention has an excellent endurance of the conversion efficiency after the initial value of the conversion efficiency and a reduction ratio of the conversion efficiency after 300 hours is 7% or less.
<실험 11> Experiment 11
1. 이산화 티탄 분산액의 제조1. Preparation of Titanium Dioxide Dispersion
내측을 불소 수지 코팅한 내용적 200 mL 의 스테인리스 스틸 용기에 이산화 티탄 미립자 (Nippon Aerosil Co., Ltd. 제조, Degussa P-25) 15 g, 물 45 g, 분산제 (Sigma-Aldrich Company 제조, Triron X-100) 1 g, 및 직경 0.5 mm 의 지르코니아 비즈 (Nikkato Corp. 제조) 30 g 을 넣고, 그 혼합물을 샌드 그라인더 밀 (Aimex, Ltd. 제조) 을 이용하여 1500 rpm 로 2 시간 동안 분산 처리를 실시했다. 이와 같이 하여 얻어진 분산액으로부터 지르코니아 비즈를 여과 분리했다. 이와 같이 하여 얻어진 분산액 중의 이산화 티탄 미립자의 평균 입경은 2.5 μm 였다. 입경은 Malvern Instruments, Ltd. 제조의 Mastersizer (상품명) 를 이용해 측정했다.Titanium dioxide fine particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., Degussa P-25) 15 g, water 45 g, dispersant (manufactured by Sigma-Aldrich Company, Triron X) -100) 1 g and 30 g of zirconia beads of 0.5 mm in diameter (manufactured by Nikkato Corp.) were added, and the mixture was subjected to dispersion treatment at 1500 rpm for 2 hours using a sand grinder mill (manufactured by Aimex, Ltd.). did. The zirconia beads were separated by filtration from the dispersion thus obtained. Thus, the average particle diameter of the titanium dioxide fine particle in the dispersion liquid obtained was 2.5 micrometers. The particle size is Malvern Instruments, Ltd. It measured using the manufacture Mastersizer (brand name).
2. 색소 흡착 산화 티탄 미립자층 (전극 A) 의 제조2. Preparation of Pigment Adsorption Titanium Oxide Fine Particle Layer (Electrode A)
불소-도핑한 산화 주석을 도포한 20 mm × 20 mm 크기의 도전성 유리판 (Asahi Glass Co., Ltd. 제조, TCO 유리-U, 표면 저항:약 30 Ω/m2) 을 제조하고, 상기 도전층 측의 양단 (말단으로부터 폭 3 mm 인 부분) 에 스페이서용 점착 테이프를 부착하였다. 다음으로, 유리 막대를 이용해 상기 분산액을 도전층에 도포하였다. 분산액의 도포 후, 점착 테이프를 박리하고, 그 분산액을 실온에서 1 일 동안 풍건시켰다. 다음으로, 이 반도체-코팅 유리판을 전기로 (머플로 FP-32 형, Yamato Scientific Co., Ltd. 제조) 에 넣고, 450 ℃ 에서 30 분 동안 소성했다. 반도체-도포 유리판을 꺼내 냉각한 후, 유리판을 표 11 에 나타내는 색소의 에탄올 용액 (농도: 3×10-4 mol/L) 에 3 시간 동안 침지했다. 색소가 흡착된 반도체-도포 유리판을 4-tert-부틸피리딘에 15 분 동안 침지한 후, 에탄올로 세정하고, 자연 건조시켜, 색소 흡착 산화 티탄 미립자층 (전극 A) 을 얻었다. 이렇게 얻어진 전극 A 의 색소 증감 산화 티탄 미립자층의 두께는 10 μm 이며, 산화 티탄 미립자의 도포량은 20 g/m2 였다. 색소의 흡착량은 색소의 종류에 따라 0.1 내지 10 mmol/m2 의 범위 내에서 달랐다. A conductive glass plate (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., TCO Glass-U, surface resistance: about 30 Ω / m 2 ) coated with fluorine-doped tin oxide was prepared, and the conductive layer The adhesive tape for spacers was affixed on the both ends (portion of width 3mm from an end) of the side. Next, the dispersion was applied to the conductive layer using a glass rod. After application of the dispersion, the adhesive tape was peeled off and the dispersion was air dried for 1 day at room temperature. Next, this semiconductor-coated glass plate was placed in an electric furnace (muffle FP-32 type, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) and fired at 450 ° C. for 30 minutes. After the semiconductor-coated glass plate was taken out and cooled, the glass plate was dipped in an ethanol solution (concentration: 3 × 10 −4 mol / L) of the dye shown in Table 11 for 3 hours. The dye-adsorbed semiconductor-coated glass plate was immersed in 4-tert-butylpyridine for 15 minutes, then washed with ethanol and dried naturally to obtain a dye adsorption titanium oxide fine particle layer (electrode A). The thickness of the dye-sensitized titanium oxide fine particles layer of the electrode A thus obtained was 10 μm, and the coating amount of the titanium oxide fine particles was 20 g / m 2 . The adsorption amount of the dye was different within the range of 0.1 to 10 mmol / m 2 depending on the kind of the dye.
3. 색소 증감 태양전지의 제조3. Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cell
상기한 바와 같이 제조한 색소 증감 전극 A (20 mm × 20 mm) 를 이것과 같은 크기의 백금 증착 유리판에 중첩시켰다. 다음으로, 양 유리판의 간극에 모세관 현상을 이용해 전해질 조성물을 스며들게 하여 전해질을 산화 티탄 전극 내에 도입했다. 이로써, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 도전성 유리판으로 이루어진 도전성 지지체 (1) (유리 투명 기판 상에 도전층이 설치된 것), 감광체 (2), 전하 이동체 (3), 백금으로 이루어진 대전극 (4), 및 유리 투명 기판 (도시 생략) 을 순서대로 적층하여, 에폭시계 밀봉제로 밀봉하여 색소 증감 태양전지를 제조했다. 전해질 조성물의 점도가 높고 모세관 현상을 이용해 전해질 조성물을 스며들게 하는 것이 곤란한 경우에는, 전해질 조성물을 50 ℃ 로 가온하고, 그 조성물을 산화 티탄 전극에 도포한 후, 이 전극을 감압 하에 두고, 전해질 조성물이 충분히 침투해 전극 중의 공기가 빠진 후, 백금 증착 유리판 (대전극) 을 중첩하여 동일하게 하여 색소 증감 태양전지를 제조했다.The dye-sensitized electrode A (20 mm x 20 mm) manufactured as mentioned above was superimposed on the platinum vapor deposition glass plate of the same size. Next, the electrolyte composition was introduced into the gap between the two glass plates by capillary action to introduce the electrolyte into the titanium oxide electrode. As a result, as shown in FIG. 1, the conductive support 1 made of a conductive glass plate (having a conductive layer provided on a glass transparent substrate), the photoconductor 2, the charge carrier 3, and the counter electrode 4 made of platinum And a glass transparent substrate (not shown) were laminated in order, and it sealed with the epoxy type sealing agent, and manufactured the dye-sensitized solar cell. If the viscosity of the electrolyte composition is high and it is difficult to infiltrate the electrolyte composition using a capillary phenomenon, the electrolyte composition is warmed to 50 ° C., the composition is applied to a titanium oxide electrode, and the electrode is placed under reduced pressure, and the electrolyte composition After sufficiently penetrating and air in the electrode was released, the dye-sensitized solar cell was produced in the same manner by overlapping the platinum-deposited glass plate (large electrode).
색소를 변경함으로써 상기 서술한 공정에 따라 시료 번호 11-1 내지 11-10 의 색소 증감 태양전지를 제조했다. 각 색소 증감 태양전지에 사용한 전해질 조성물로서는, 하기의 헤테로고리 4 급 염 화합물을 98 질량% 및 요오드를 2 질량% 함유하는 것을 사용하였다.The dye-sensitized solar cells of Sample Nos. 11-1 to 11-10 were manufactured according to the process mentioned above by changing a pigment | dye. As electrolyte composition used for each dye-sensitized solar cell, the thing containing 98 mass% and 2 mass% of iodine of the following heterocyclic quaternary salt compounds was used.
4. 광전 변환 효율의 측정4. Measurement of photoelectric conversion efficiency
500 W 의 크세논 램프 (Ushio, Inc. 제조) 의 광을 AM1.5 필터 (Oriel Instruments Corp. 제조) 및 샤프 컷 필터 (Kenko L-37) 를 통과시켜 자외선을 포함하지 않는 유사 태양광을 얻었다. 광 강도는 70 mW/cm2 로 설정했다. 이 유사 태양광을, 50 ℃ 에서 색소 증감 태양전지에 조사하여, 발생한 전기를 전류 전압 측정 장치 (Keithley SMU238 형) 를 이용해 측정했다. 85 ℃ 에서 1,000 시간 동안 암소에서 보존 후의 변환 효율의 저하율 및 500 시간 연속 광 조사 후의 변환 효율의 저하율도 또한 측정했다. 결과를 하기 표 11 에 나타낸다. The light of the 500 W xenon lamp (manufactured by Ushio, Inc.) was passed through an AM1.5 filter (manufactured by Oriel Instruments Corp.) and a sharp cut filter (Kenko L-37) to obtain pseudo sunlight without ultraviolet rays. The light intensity was set to 70 mW / cm 2 . This pseudo solar light was irradiated to the dye-sensitized solar cell at 50 ° C, and the generated electricity was measured using a current voltage measuring device (Keithley SMU238 type). The reduction rate of the conversion efficiency after storage in the dark at 85 ° C. for 1,000 hours and the reduction rate of the conversion efficiency after 500 hours of continuous light irradiation were also measured. The results are shown in Table 11 below.
[표 11] TABLE 11
표 11 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 색소 증감 태양전지는, 변환 효율의 초기값이 모두 6.5% 이상으로 높은 값을 나타냈다. 암소에서 보존 후 및 연속 광 조사 후에, 상기 전지는 모두 저하율이 12% 이하여서, 비교예에 비해 내구성이 향상되었음을 알았다.As shown in Table 11, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, the initial values of the conversion efficiency all showed high values of 6.5% or more. After storage in the dark and after continuous light irradiation, all of the above batteries had a reduction rate of 12% or less, indicating that the durability was improved as compared with the comparative example.
<실험 12>Experiment 12
하기 기재한 방법에 따라, 색소 증감 태양전지를 제조하여, 전지를 평가했다. 그 결과를 하기 표 12 에 나타낸다. According to the method described below, the dye-sensitized solar cell was produced and the battery was evaluated. The results are shown in Table 12 below.
(1) 투명 도전성 지지체의 제조(1) Preparation of Transparent Conductive Support
감광성 전극용 지지체로서, 표면이 불소 코팅된 두께 0.4 mm 의 시트의 한 면에, 도전성의 산화 주석의 박막을 두께 200 nm 로 균일하게 도포하여 얻은 가요성의 투명 도전성 지지체를 사용했다.As a support for photosensitive electrodes, a flexible transparent conductive support obtained by uniformly applying a thin film of conductive tin oxide at a thickness of 200 nm was used on one surface of a 0.4 mm-thick sheet having a fluorine coated surface.
(2) 대전극용의 도전성 시트의 제조(2) Production of conductive sheet for counter electrode
두께 0.4 mm 의 폴리이미드제 Kapton (등록상표) 필름의 한 면에, 진공 스퍼터링법에 의해 두께 300 nm 의 백금 막을 균일하게 도포했다. 표면 저항은 5 Ω/cm2 였다. On one surface of a 0.4 mm thick Kapton (trademark) film made of polyimide, a platinum film having a thickness of 300 nm was uniformly applied by a vacuum sputtering method. The surface resistance was 5 Ω / cm 2 .
(3) 반도체 미립자 분산액의 제조(3) Preparation of Semiconductor Particulate Dispersion
C. J. Barbe 등의 J. Am. Ceramic Soc., Vol. 8, p. 3157 에 기재된 제조 방법에 따라, 티탄 원료로서 티탄 테트라이소프로폭시드를 이용하고 오토클레이브 내 중합 반응의 온도를 230 ℃ 로 설정하여, 이산화 티탄을 농도 11 질량% 로 함유하는 아나타제형 이산화 티탄의 분산액을 합성했다. 얻어진 이산화 티탄 입자의 1 차 입자의 크기는 10 내지 30 nm 였다. 얻어진 분산액을, 초원심분리기에 적용하여 입자를 분리하고, 응집물을 건조하였다. 이 후, 마노 유발에서 응집물을 분쇄하여, 백색 분말로서 반도체 미립자 a 를 얻었다. 물과 아세토니트릴의 체적비 4:1 로 형성된 혼합 용매 100 mL 에, 반도체 미립자 a 를 용매 100 mL 당 32 g 의 농도로 첨가하고, 자전/공전 병용식의 믹싱 컨디셔너를 사용하여 균일하게 혼합물을 분산 및 혼합했다. 그 결과, 얻어진 백색의 반도체 미립자 분산액은 50 내지 150 N·s/m2 의 점도를 갖는 고점도의 페이스트가 되며, 그 페이스트는 그대로 도포에 사용하기에 적절한 액체 특성을 가짐을 알았다. 시료 번호 12-6 에서는, 평균 분자량이 500,000 인 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 의 분말을, 용매 100 mL 당 7.7 g 의 양으로 배합했다. 그 밖의 반도체 미립자 분산액에는, 반도체 미립자 이외의 고형분은 첨가하지 않았다.J. Am., CJ Barbe et al. Ceramic Soc., Vol. 8, p. A dispersion of anatase type titanium dioxide containing titanium dioxide at a concentration of 11 mass% by using titanium tetraisopropoxide as a titanium raw material and setting the temperature of the polymerization reaction in the autoclave to 230 ° C according to the production method described in 3157. Synthesized. The size of the primary particles of the obtained titanium dioxide particles was 10 to 30 nm. The obtained dispersion was applied to an ultracentrifuge to separate particles, and the aggregates were dried. Thereafter, the aggregate was pulverized in agate mortar to obtain semiconductor fine particles a as a white powder. To 100 mL of a mixed solvent formed with a volume ratio of water and acetonitrile 4: 1, the semiconductor fine particles a were added at a concentration of 32 g per 100 mL of the solvent, and the mixture was uniformly dispersed using a rotating / revolving mixing conditioner. Mixed. As a result, the obtained white semiconductor fine particle dispersion turned out to be a high viscosity paste which has a viscosity of 50-150 N * s / m <2> , and the paste has the liquid characteristic suitable for use for a coating as it is. In Sample No. 12-6, the powder of polyethylene glycol (PEG) having an average molecular weight of 500,000 was blended in an amount of 7.7 g per 100 mL of solvent. Solid content other than semiconductor microparticles | fine-particles was not added to the other semiconductor microparticle dispersion liquid.
(4) 반도체 미립자 분산액 중의 고형분의 측정(4) Measurement of solid content in semiconductor fine particle dispersion
두께 1.9 mm 의 무알칼리 유리 기판에 각각의 분산액을 애플리케이터를 이용해 40 내지 70 μm 의 두께로 도포하고, 분산액 도포물을 실온에서 1 시간 동안 건조시켰다. 그 후, 조립물을 공기 중에서 350 ℃ 에서 0.5 시간 가열하고, 가열 전후의 중량 변화를 측정했다. 상기 시료 번호 12-6 에 사용되는 반도체 미립자 분산액의 반도체 미립자 이외의 고형분 함량은 1.0% 였다. 그 밖의 시료 중의 반도체 미립자 이외의 고형분 함량은 모두 0.3% 였다. Each dispersion was applied to an alkali free glass substrate having a thickness of 1.9 mm using an applicator to a thickness of 40 to 70 μm, and the dispersion coating was dried at room temperature for 1 hour. Then, the granulated material was heated in air at 350 degreeC for 0.5 hour, and the weight change before and behind heating was measured. Solid content other than the semiconductor microparticles | fine-particles of the semiconductor fine particle dispersion liquid used for the said sample number 12-6 was 1.0%. All other solid content except the semiconductor fine particles in the sample was 0.3%.
(5) 반도체 미립자층의 제조(5) Preparation of Semiconductor Particle Layer
상기 (1) 에서 제조한 투명 도전성 지지체에, 상기 (3) 에서 제조한 분산액을 애플리케이터를 이용해 도포하고, 분산액 도포물을 실온에서 1 시간 동안 건조시켰다. 이에 의해, 40 내지 70 μm 의 두께의 균일한 도포층을 형성했다. 추가로 이 도포층을 표 12 에 기재된 조건 하에 처리하여, 색소 증감을 위한 다공질 반도체 미립자층을 제조했다. 다공질 반도체 미립자층의 최종적인 평균 두께는 모두 6 내지 7 μm 였다.The dispersion prepared in (3) was applied to the transparent conductive support prepared in (1) using an applicator, and the dispersion coated product was dried at room temperature for 1 hour. This formed the uniform coating layer of 40-70 micrometers in thickness. Furthermore, this coating layer was processed under the conditions shown in Table 12 to prepare a porous semiconductor fine particle layer for dye sensitization. The final average thicknesses of the porous semiconductor fine particle layers were all 6-7 μm.
(6) 색소 흡착 용액의 제조(6) Preparation of Pigment Adsorption Solution
하기 표 12 에 기재된 각각의 색소를, 건조 아세토니트릴:t-부탄올:에탄올을 체적비로 2:1:1 로 하는 혼합 용매에, 색소 농도 3×10-4 몰/L 를 얻도록 용해했다. 이 색소 용액에, 첨가제로서 p-C9H19-C6H4-O-(CH2CH2-O)3-(CH2)4-SO3Na 의 구조의 유기 술폰산 유도체를 0.025 몰/L 의 농도를 얻도록 용해하여, 색소 흡착용 용액을 제조했다. Each pigment | dye of following Table 12 was melt | dissolved in the mixed solvent which made dry acetonitrile: t-butanol: ethanol into a volume ratio 2: 1: 1 so that pigment | dye density | concentration 3 * 10 <-4> mol / L may be obtained. To this dye solution, 0.025 mol / L of an organic sulfonic acid derivative having a structure of pC 9 H 19 -C 6 H 4 -O- (CH 2 CH 2 -O) 3- (CH 2 ) 4 -SO 3 Na was added as an additive. It melt | dissolved so that a density | concentration was obtained, and the solution for pigment | dye adsorption was prepared.
(7) 색소의 흡착(7) adsorption of pigment
상기 다공질 반도체 미립자층을 도포한 기판을, 상기한 흡착용 색소 용액에 침지하고, 교반하에 40 ℃ 에서 3 시간 동안 침치한 채 두었다.The board | substrate which apply | coated the said porous semiconductor fine particle layer was immersed in said pigment solution for adsorption, and it was left to soak for 3 hours at 40 degreeC under stirring.
이와 같이 하여 반도체 미립자층에 색소를 흡착시켜, 감광층에 사용하는 색소 증감 전극 (감광성 전극) 을 제조했다. Thus, the pigment | dye was made to adsorb | suck to a semiconductor fine particle layer, and the dye-sensitized electrode (photosensitive electrode) used for the photosensitive layer was manufactured.
(8) 색소 증감 태양전지의 제조(8) Preparation of Dye-Sensitized Solar Cell
색소 흡착한 다공질 반도체 미립자층을 마무리 처리하여, 수광 면적 1.0 cm2 (직경 약 1.1 cm) 의 원형의 감광성 전극을 형성했다. 상기 전극들 사이에 열압착성의 폴리에틸렌 필름제의 프레임 형태 스페이서 (두께 20 μm) 를 삽입하여, 대전극인 백금 증착 유리 기판을 감광성 전극에 대향하여 중첩시켰다. 스페이서 부분을 120 ℃ 로 가열하여 두 기판을 압착했다. 또한, 전지의 가장자리 부분을 에폭시 수지 접착제로 밀봉했다. 대전극의 기판의 코너부에 미리 형성한 전해질 용액 주액용의 작은 구멍을 통해, 전해질 용액으로서 후술하는 이미다졸륨 이온 E1 내지 E4 / 요오드=50:1 (질량비) 의 조성 중 어느 하나로 형성된 실온 용융 염을, 모세관 현상을 이용해 전극들 간의 공간에 스며들게 했다.The porous semiconductor fine particle layer adsorbed by the dye was finished to form a circular photosensitive electrode having a light receiving area of 1.0 cm 2 (about 1.1 cm in diameter). Between the electrodes, a frame-shaped spacer (thickness 20 μm) made of a polyethylene film was inserted between the electrodes, and the platinum-evaporated glass substrate serving as the counter electrode was overlapped with the photosensitive electrode. The spacer portion was heated to 120 ° C. to compress the two substrates. In addition, the edge portion of the battery was sealed with an epoxy resin adhesive. Room temperature melting formed of any one of the compositions of imidazolium ions E1 to E4 / iodine = 50: 1 (mass ratio) described later as an electrolyte solution through a small hole for electrolyte solution injection previously formed in the corner portion of the substrate of the counter electrode. The salt was permeated into the spaces between the electrodes using capillary action.
E1:1,2-디메틸-3-프로필이미다졸륨 요오다이드E1 : 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide
E2 : 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오다이드E2: 1-butyl-3-methylimidazolium iodide
E3 : 1-메틸-3-프로필이미다졸륨 요오다이드E3: 1-methyl-3-propylimidazolium iodide
E4:1,3-디(2-(2-(2-메톡시에톡시)에톡시)에틸)이미다졸륨 요오다이드E4: 1,3-di (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethyl) imidazolium iodide
상기한 전지 조립 공정 및 전해질 용액 주입 공정을 모두 상기한 노점 -60 ℃ 의 건조 공기 중에서 실시했다. 용융 염의 주입 후, 진공에서 전지를 수 시간 흡인하고, 감광성 전극 및 용융 염을 포함하는 전지 내부의 탈기를 실시하였다. 최종적으로, 작은 구멍을 저융점 유리로 밀봉했다. 이로써, 도전성 지지체, 색소가 흡착된 다공질 반도체 미립자 전극 (감광성 전극), 전해질 용액, 대전극 및 지지체가 이 순서로 적층된 색소 증감 태양전지를 제조했다.The battery assembly step and the electrolyte solution injection step were all performed in the above dew point -60 ° C dry air. After injection of the molten salt, the battery was sucked in vacuum for several hours, and degassing inside the battery containing the photosensitive electrode and the molten salt was performed. Finally, the small holes were sealed with low melting glass. Thereby, the dye-sensitized solar cell in which the electroconductive support body, the porous semiconductor fine particle electrode (photosensitive electrode) which the pigment | dye adsorbed, the electrolyte solution, the counter electrode, and the support body were laminated | stacked in this order was manufactured.
(9) 색소 증감 태양전지의 평가(9) Evaluation of Dye-Sensitized Solar Cell
500 W 전력의 크세논 램프 (Ushio, Inc. 제조) 에 태양광 시뮬레이션용 보정 필터 (상품명: AM1.5 direct, LOT-Oriel AG 제조) 를 장착하고, 상기 색소 증감 태양전지에 다공질 반도체 미립자 전극 (감광성 전극) 측으로부터 입사 광 강도가 100 mW/cm2 인 유사 태양광을 조사했다. 상기 색소 증감 태양전지를 항온 장치의 스테이지 상에 밀착 고정하고, 조사 중의 온도를 50 ℃ 로 제어했다. 전류 전압 측정 장치 (Source Measure Unit Model 238, Keithley Instruments, Inc. 제조) 를 이용해 소자에 가해지는 DC 전압을 10 mV/초의 일정 속도로 스캔하여, 전지에 의한 광전류 출력을 계측함으로써, 광전류-전압 특성을 측정했다. 이에 의해 구한 에너지 변환 효율 (η) 을, 전지의 구성 요소 (반도체 미립자 및 증감 색소) 의 내용과 함께 하기 표 12 에 기재한다. 24 시간 연속 광 조사 후의 변환 효율의 저하율도 또한 측정했다. 이들 측정의 결과를 하기 표 12 에 나타낸다.A xenon lamp (manufactured by Ushio, Inc.) of 500 W power was fitted with a calibration filter (trade name: AM1.5 direct, manufactured by LOT-Oriel AG) for solar simulation, and a porous semiconductor particulate electrode (photosensitive) was applied to the dye-sensitized solar cell. Similar solar light having an incident light intensity of 100 mW / cm 2 was irradiated from the electrode) side. The dye-sensitized solar cell was closely fixed on the stage of the thermostat, and the temperature during irradiation was controlled at 50 ° C. Photocurrent-voltage characteristics by using a current voltage measurement device (Source Measure Unit Model 238, manufactured by Keithley Instruments, Inc.) to scan the DC voltage applied to the device at a constant rate of 10 mV / sec, and measure the photocurrent output by the battery. Was measured. The energy conversion efficiency (eta) obtained by this is shown in following Table 12 with the content of the component (semiconductor microparticles | fine-particles and sensitizing dye) of a battery. The reduction rate of conversion efficiency after continuous light irradiation for 24 hours was also measured. The results of these measurements are shown in Table 12 below.
[표 12] [Table 12]
표 12 에 나타내는 바와 같이, 도전성 고분자제의 도전성 지지체에 본 발명의 색소를 흡착하는 다공질 반도체 미립자층을 형성했을 경우에, 실용 수준의 광전 변환 효율을 갖는 색소 증감 태양전지를 얻었다 (시료 번호 12-1 내지 12-15 및 12-20 내지 12-23). 특히, 반도체 미립자 이외의 고형분 함량이 0.3% 인 분산액을 지지체에 도포하고, 열처리를 120 ℃ 내지 150 ℃ 에서 실시하고, 상기 층에 자외광을 조사한 후, 본 발명의 색소를 그 위에 흡착시켜, 다공질 반도체 미립자층을 제조한 경우에는, 광전 변환 효율이 5% 이상으로 높아졌다 (시료 번호 12-1 내지 12-5, 12-10 내지 12-12, 및 12-20 내지 12-23). As shown in Table 12, when the porous semiconductor fine particle layer which adsorb | sucks the pigment | dye of this invention was formed in the electroconductive support body of conductive polymer, the dye-sensitized solar cell which has a practical level of photoelectric conversion efficiency was obtained (sample number 12-). 1-12-12 and 12-20-12-23). In particular, a dispersion having a solid content of 0.3% other than the semiconductor fine particles is applied to the support, heat treatment is carried out at 120 ° C to 150 ° C, and after the ultraviolet light is irradiated to the layer, the dye of the present invention is adsorbed thereon and porous. In the case of producing the semiconductor fine particle layer, the photoelectric conversion efficiency was increased to 5% or more (Sample Nos. 12-1 to 12-5, 12-10 to 12-12, and 12-20 to 12-23).
고형분의 함량이 1.0 질량% 인 분산액을 도전성 고분자제의 지지체에 도포하고 그 층을 가열함으로써 다공질 반도체 미립자층을 제조하고, 본 발명의 색소를 그 위에 흡착시킨 경우에는, 비교 색소를 흡착시켰을 경우와 비교해, 높은 변환 효율의 색소 증감 태양전지가 얻어지는 것을 알았다 (시료 번호 12-6 과 시료 번호 12-16 내지 12-19 를 비교함). 비교 색소를 사용한 색소 증감 태양전지의 경우에는, 연속 광 조사 후의 변환 효율의 저하율이 40% 이상으로 높아졌다. 그에 반해, 본 발명의 색소를 사용한 색소 증감 태양전지의 경우에는, 연속 광 조사 후의 변환 효율의 저하율이 10% 이하로 낮아, 상기 전지는 내구성이 뛰어나는 것을 알았다.When a dispersion having a solid content of 1.0% by mass is applied to a support made of a conductive polymer and the layer is heated to prepare a porous semiconductor fine particle layer, and the dye of the present invention is adsorbed thereon, the case of adsorbing a comparative dye and In comparison, it was found that a dye-sensitized solar cell having a high conversion efficiency was obtained (compare Sample No. 12-6 with Sample Nos. 12-16 to 12-19). In the case of the dye-sensitized solar cell using a comparative dye, the rate of decrease in conversion efficiency after continuous light irradiation was increased to 40% or more. On the other hand, in the case of the dye-sensitized solar cell using the dye of the present invention, it was found that the rate of decrease in conversion efficiency after continuous light irradiation was low at 10% or less, and the battery was excellent in durability.
<실험 13>Experiment 13
<실험 11> 의 에폭시계 밀봉제로서의 Epicoat 828 (상품명, Japan Epoxy Resins, Co., Ltd. 제조), 경화제 및 플라스틱 페이스트로 이루어진 수지 조성물 중에 직경 25 μm 의 유리 구체가 실질적으로 균일하게 분산되어 있는 밀봉제 페이스트를 사용한 것 이외에는 동일하게 하여, 색소 증감 태양전지를 제조하고, 광전 변환 효율을 측정했다.A glass sphere having a diameter of 25 µm is substantially uniformly dispersed in a resin composition consisting of an Epicoat 828 (trade name, manufactured by Japan Epoxy Resins, Co., Ltd.), a curing agent, and a plastic paste as an epoxy-based sealant of <Experiment 11>. The dye-sensitized solar cell was produced similarly except having used the sealing agent paste, and the photoelectric conversion efficiency was measured.
이렇게 구한 각 색소 증감 태양전지의 변환 효율 (η), 85 ℃ 에서 1,000 시간 동안 암소 보존 후의 변환 효율의 저하율, 및 500 시간 연속 광 조사 후의 변환 효율의 저하율을 하기 표 13 에 나타낸다.The conversion efficiency (η) of each dye-sensitized solar cell thus obtained, the reduction rate of conversion efficiency after dark storage at 85 ° C. for 1,000 hours, and the reduction rate of conversion efficiency after 500 hours of continuous light irradiation are shown in Table 13 below.
[표 13] [Table 13]
표 13 에 제시된 바와 같이, 본 발명의 색소 증감 태양전지는 모두 변환 효율의 초기값이 7.0% 이상으로 높은 값을 나타냈다. 암소 보존 후 및 연속 광 조사 후에 있어서, 모든 전지들은 저하율이 9.0% 이하여서, 비교예의 전지에 비해 내구성이 우수함을 알았다. As shown in Table 13, all of the dye-sensitized solar cells of the present invention showed a high initial value of the conversion efficiency of 7.0% or more. After dark preservation and after continuous light irradiation, it was found that all the batteries had a reduction rate of 9.0% or less, which was superior in durability to the batteries of the comparative examples.
<실험 14>Experiment 14
졸-겔 법에 따라 제조한 TiO2 현탁액을 사용했다. 스크린 인쇄에 의해 TiO2 의 다공질층을 FTO 유리판에 도포하고, 450 ℃ 에서 소성했다. 이 TiO2 다공질층 부착 FTO 유리 기판을, 본 발명의 금속 착물 색소, 또는 비교용 증감 색소의 10-4 mol/L 에탄올 용액에 침지시킴으로써, TiO2 다공질층에 색소를 흡착시켰다.A TiO 2 suspension prepared according to the sol-gel method was used. By screen-printing coated with a porous layer of TiO 2 on the FTO glass plate, followed by baking at 450 ℃. The TiO 2 porous layer is attached by a FTO glass substrate immersed in a 10 -4 mol / L ethanol solution of the sensitizing dye for the metal complex dye, or a comparison of the present invention, a dye was adsorbed on the TiO 2 porous layer.
별도로, 100 mg 의 2,2',7,7'-테트라키스(디페닐아미노)-9,9'-스피로바이플루오렌을 5 mL 의 클로로포름에 용해시켰다. 얻어진 용액을 상기한 TiO2 다공질층 부착 FTO 유리 기판의 표면에 가볍게 도포하여, 이 용액을 층의 구멍에 스며들게 했다. 다음으로, 용액 한 방울을 직접 상기한 TiO2 다공질층 부착 FTO 유리 기판의 표면에 놓고, 그 기판을 실온에서 건조했다. 그 후, 상기한 TiO2 다공질층 부착 FTO 유리 기판을 증착 장치에 장착하고, 약 10-5 mb 진공 하의 열 증착에 의해 추가로 두께 100 nm 의 2,2',7,7'-테트라키스(디페닐아미노)-9,9'-스피로바이플루오렌 층을 배치했다. 증착 장치 내에서 이 상기한 TiO2 다공질층 부착 FTO 유리 기판 (피복 지지체) 에 대전극으로서 작용하는 두께 200 nm 의 금 층을 추가로 도포했다. Separately, 100 mg of 2,2 ', 7,7'-tetrakis (diphenylamino) -9,9'-spirobifluorene were dissolved in 5 mL of chloroform. By lightly coating the resulting solution on the surface of the above-described TiO 2 porous layer attached FTO glass substrate, it was impregnated with this solution to the holes in the layer. Next, one drop of the solution was directly placed on the surface of the above-described FTO glass substrate with the TiO 2 porous layer, and the substrate was dried at room temperature. Thereafter, the above-described FTO glass substrate with a porous layer of TiO 2 was mounted on a vapor deposition apparatus, and further subjected to thermal evaporation under a vacuum of about 10 −5 mb to 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (100 nm thick). Diphenylamino) -9,9'-spirobifluorene layer was placed. In the vapor deposition apparatus, a gold layer having a thickness of 200 nm serving as a counter electrode was further applied to the above-described FTO glass substrate (coated support) with a TiO 2 porous layer.
이와 같이 제조한 시료를 고압 램프, 광학 필터, 렌즈 및 마운팅을 포함한 광학 장치에 장착시켰다. 필터의 사용 및 렌즈의 이동에 의해 강도를 바꿀 수 있었다. 금 층과 SnO2 층에 접점을 각각 부착하고, 시료에 광을 조사하면서 전류 측정 장치에 시료를 장착했다. 측정을 위해, 적당한 광학 필터를 이용하여, 파장이 430 nm 미만인 광을 차단했다. 추가로, 방사선 강도가 약 1,000 W/m2 에 실질적으로 상응하도록 장치를 조정했다.The sample thus prepared was mounted in an optical device including a high pressure lamp, an optical filter, a lens and a mounting. The intensity could be changed by using the filter and moving the lens. The contact was attached to the gold layer and the SnO 2 layer, respectively, and the sample was attached to the current measuring device, irradiating light to the sample. For the measurement, an appropriate optical filter was used to block light with a wavelength of less than 430 nm. In addition, the apparatus was adjusted such that the radiation intensity substantially corresponded to about 1,000 W / m 2 .
금 층 및 SnO2 층에 접점을 각각 부착하고, 시료에 광을 조사하면서 양 접점을 포탠시오스탯 (potentiostat) 에 접속시켰다. 외부 전압을 가하지 않고, 비교용 증감 색소를 사용한 시료 (비교예:증감 색소 A) 에서는 약 90 nA 의 전류를 발생하였지만, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용한 시료 (실시예: D-1-1b) 에서는 약 190 nA 의 전류가 발생했다. 어느 쪽의 시료의 경우도 조사하지 않으면 전류는 소실했다. The contacts were attached to the gold layer and the SnO 2 layer, respectively, and both contacts were connected to a potentiostat while irradiating light onto the sample. A sample using the sensitizing dye for comparison (Comparative Example: sensitizing dye A) was generated without a external voltage, but a current of about 90 nA was generated, but the sample using the metal complex dye of the present invention (Example: D-1-1b) The current of about 190 nA was generated. If neither sample was irradiated, the current disappeared.
<실험 15>Experiment 15
JP-A-2000-90989 호의 실시예 1 과 동일하게 하여 제조한 탠덤형 셀에서도, 비교 색소를 이용한 시료에 비해, 본 발명의 금속 착물 색소에서는 변환 효율이 높은 것이 확인되었다.Also in the tandem type cell manufactured similarly to Example 1 of JP-A-2000-90989, it was confirmed that the conversion efficiency is high in the metal complex dye of this invention compared with the sample using a comparative dye.
<실험 16>Experiment 16
이하에 나타내는 순서에 따라, JP-A-2003-217688 호의 도 1 에 나타낸 색소 증감 태양전지를 제조했다.According to the procedure shown below, the dye-sensitized solar cell shown in FIG. 1 of JP-A-2003-217688 was manufactured.
먼저, 티탄 이소프로폭시드 125 mL 를 0.1 M 질산 수용액 (Kishida Chemical Co., Ltd. 제조) 750 mL 에 적가하고, 생성된 혼합물을 80 ℃ 에서 8 시간 동안 가열하여 가수분해 반응을 실시하여 졸 액을 제조했다. 얻어진 졸 액을 티탄제 오토클레이브에서 250 ℃ 에서 15 시간 동안 입자 성장시켰다. 상기 졸 액에 초음파 분산을 30 분 동안 실시하여, 평균 1 차 입경 20 nm 의 산화 티탄 입자를 포함하는 콜로이드 용액을 제조했다.First, 125 mL of titanium isopropoxide was added dropwise to 750 mL of 0.1 M aqueous nitric acid solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), and the resulting mixture was heated at 80 ° C. for 8 hours to undergo a hydrolysis reaction to give a sol solution. Prepared. The obtained sol liquid was grown in a titanium autoclave at 250 ° C. for 15 hours. Ultrasonic dispersion was performed in the sol solution for 30 minutes to prepare a colloidal solution containing titanium oxide particles having an average primary particle diameter of 20 nm.
상기 얻어진 산화 티탄 입자를 포함하는 콜로이드 용액을, 증발기에 의해 10 질량% 의 산화 티탄 용액이 될 때까지 천천히 농축시킨 후, 폴리에틸렌 글리콜 (Kishida Chemical Co., Ltd. 제조, 질량 평균 분자량: 200,000) 을 산화 티탄에 대한 질량비로 40% 첨가하여, 산화 티탄 입자가 분산되어 있는 분산액을 얻었다.The colloidal solution containing the obtained titanium oxide particles was slowly concentrated by an evaporator until it became a 10 mass% titanium oxide solution, and then polyethylene glycol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., mass average molecular weight: 200,000) was used. 40% was added by mass ratio with respect to titanium oxide, and the dispersion liquid in which the titanium oxide particle is disperse | distributed was obtained.
투명 도전막 (2) 로서 SnO2 막을 형성한 유리 기판 (1) 의 투명 도전막 (2) 측에, 제조한 산화 티탄 현탁액을 닥터 블레이드법으로 도포하여, 면적 약 10 mm × 10 mm 의 도포막을 얻었다. 이 도포막을 120 ℃ 에서 30 분 동안 예비 건조하고, 추가로 산소 환경 하에서, 500 ℃ 에서 30 분 동안 소성하여, 막 두께가 약 10 μm 인 산화 티탄 막을 형성하여 제 1 층 다공질 광전 변환 층 (4) 의 제 1 층 다공질 반도체층을 구성하였다.The prepared titanium oxide suspension was applied by a doctor blade method to the transparent conductive film 2 side of the glass substrate 1 on which the SnO 2 film was formed as the transparent conductive film 2, thereby coating a coating film having an area of about 10 mm × 10 mm. Got it. The coating film was pre-dried at 120 ° C. for 30 minutes, and further calcined under an oxygen environment at 500 ° C. for 30 minutes to form a titanium oxide film having a film thickness of about 10 μm, thereby forming the first layer porous photoelectric conversion layer 4. The first layer porous semiconductor layer of was formed.
다음으로, 시판의 산화 티탄 미립자 (TAYCA Corporation 제조, 제품명: TITANIX JA-1, 입경 약 180 nm) 4.0 g 및 산화 마그네슘 분말 (Kishida Chemical Co., Ltd. 제조) 0.4 g 을 증류수 20 mL 에 넣고, 생성된 분산액을 염산으로 pH = 1 로 조정했다. 추가로, 지르코니아 비즈를 첨가하고, 이 혼합액을 페인트 셰이커로 8 시간 동안 분산 처리를 실시한 후, 비즈를 제거했다. 그 후, 폴리에틸렌 글리콜 (Kishida Chemical Co., Ltd. 제조, 질량 평균 분자량: 200,000) 을 산화 티탄에 대한 질량비로 40% 첨가하고, 생성된 혼합물을 교반하여, 산화 티탄 입자가 분산되어 있는 분산액을 얻었다.Next, 4.0 g of commercially available titanium oxide fine particles (manufactured by TAYCA Corporation, product name: TITANIX JA-1, particle diameter of about 180 nm) and 0.4 g of magnesium oxide powder (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) were placed in 20 mL of distilled water, The resulting dispersion was adjusted to pH = 1 with hydrochloric acid. Further, zirconia beads were added, and the mixed solution was subjected to dispersion treatment for 8 hours with a paint shaker, and then the beads were removed. Thereafter, polyethylene glycol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., mass average molecular weight: 200,000) was added 40% by mass ratio with respect to titanium oxide, and the resulting mixture was stirred to obtain a dispersion in which titanium oxide particles were dispersed. .
제 1 층 다공질 반도체층의 산화 티탄 막을 형성한 유리 기판 (1) 의 제 1 층 다공질 반도체층 상에, 제조한 산화 티탄 현탁액을 닥터 블레이드법으로 도포하고, 도포막을 얻었다. 이 도포막을 80 ℃ 에서 20 분 동안 예비 건조하고, 추가로 산소 환경 하에서 약 500 ℃ 에서 60 분 동안 소성하여, 막 두께가 약 22 μm 인 산화 티탄 막 1 을 형성하여 제 2 층 다공질 광전 변환 층 (5) 의 제 2 층 다공질 반도체층을 구성하였다. 다공질 반도체층의 헤이즈율을 측정했더니 그 헤이즈율은 84% 였다.The prepared titanium oxide suspension was apply | coated by the doctor blade method on the 1st layer porous semiconductor layer of the glass substrate 1 in which the titanium oxide film of the 1st layer porous semiconductor layer was formed, and the coating film was obtained. The coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes, and further calcined at about 500 ° C. for 60 minutes in an oxygen environment to form a titanium oxide film 1 having a film thickness of about 22 μm, thereby forming a second layer porous photoelectric conversion layer ( The 2nd layer porous semiconductor layer of 5) was comprised. When the haze rate of the porous semiconductor layer was measured, the haze rate was 84%.
흡수 스펙트럼에서의 최대 감도 흡수 파장 영역을 단파장 측에 갖는 색소 (제 1 색소) 로서, 하기 메로시아닌 색소 S-2 를 에탄올에 용해하여, 농도 3×10-4 몰/L 의 제 1 색소의 흡착용 색소 용액을 제조했다. A pigment (first pigment) having a maximum sensitivity in the absorption wavelength region of the absorption spectrum on the short wavelength side, by dissolving the dye S-2 when not to booties in ethanol, the concentration of 3 × 10 -4 mol / L of the first dye A dye solution for adsorption was prepared.
메로시아닌 색소 S-2 의 THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용액 중에서의 가장 장파측의 최대 흡수 파장은 412 nm 였다.The maximum absorption wavelength at the longest wave side in the THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solution of merocyanine dye S-2 was 412 nm.
투명 도전막 (2) 및 다공질 반도체층 (3) 을 구비한 유리 기판 (1) 을 약 50 ℃ 로 가온한 제 1 색소의 흡착용 색소 용액에 10 분 동안 침지시켜, 다공질 반도체층 (3) 에 제 1 색소를 흡착시켰다. 그 후, 유리 기판 (1) 을 무수 에탄올로 수 차례 세정하고, 약 60 ℃ 에서 약 20 분 동안 건조시켰다. 그 후, 유리 기판 (1) 을 0.5 N-염산에 약 10 분 동안 침지시킨 후, 에탄올로 세정하여 제 2 층 다공질 반도체층에 흡착된 제 1 색소를 탈착했다. 추가로, 유리 기판 (1) 을 약 60 ℃ 에서 약 20 분 동안 건조시켰다.The glass substrate 1 provided with the transparent conductive film 2 and the porous semiconductor layer 3 was immersed in the dye solution for adsorption | suction of the 1st pigment | dye heated at about 50 degreeC for 10 minutes, and was made to the porous semiconductor layer 3 The first pigment was adsorbed. Thereafter, the glass substrate 1 was washed several times with anhydrous ethanol and dried at about 60 ° C. for about 20 minutes. Thereafter, the glass substrate 1 was dipped in 0.5 N hydrochloric acid for about 10 minutes, and then washed with ethanol to desorb the first dye adsorbed onto the second layer porous semiconductor layer. In addition, the glass substrate 1 was dried at about 60 degreeC for about 20 minutes.
다음으로, 흡수 스펙트럼에 있어서 최대 감도 흡수 파장 영역을 장파장 측에 갖는 색소 (제 2 색소) 로서, 비교 색소, 또는 본 발명의 금속 착물 색소를 에탄올에 용해하여, 농도 3×10-4 몰/L 의 제 2 색소의 흡착용 색소 용액을 제조했다.Next, as a pigment | dye (second pigment | dye) which has a maximum sensitivity absorption wavelength range in a long wavelength side in an absorption spectrum, a comparative pigment | dye or the metal complex dye of this invention is melt | dissolved in ethanol, and concentration 3 * 10 <-4> mol / L A dye solution for adsorption of the second dye was prepared.
여기서, 사용한 색소의 THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용액 중에서의 가장 장파측의 최대 흡수 파장은 본 발명의 금속 착물 색소 D-1-1a 의 경우 568 nm, 비교 색소 A 의 경우 552 nm 였다. Here, the maximum absorption wavelength of the longest wave side in the THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solution of the used dye is 568 nm in the case of the metal complex dye D-1-1a of the present invention. And comparative dye A was 552 nm.
투명 도전막 (2) 및 다공질 반도체층 (3) 을 구비한 유리 기판 (1) 을, 실온에서 상압 하에 제 2 색소의 흡착용 색소 용액에 15 분 동안 침지시켜, 다공질 반도체층 (3) 에 제 2 색소를 흡착시켰다. 그 후, 유리 기판 (1) 을 무수 에탄올로 수 차례 세정하고, 약 60 ℃ 에서 약 20 분 동안 건조시켰다. 다공질 반도체층의 헤이즈율을 측정하였더니, 헤이즈율은 84% (비교 색소를 사용했을 경우), 및 85% (본 발명의 금속 착물 색소를 사용했을 경우) 였다. The glass substrate 1 provided with the transparent conductive film 2 and the porous semiconductor layer 3 was immersed in the dye solution for adsorption of a 2nd pigment | dye for 15 minutes under normal pressure at room temperature, and it made it into the porous semiconductor layer 3 2 pigments were adsorbed. Thereafter, the glass substrate 1 was washed several times with anhydrous ethanol and dried at about 60 ° C. for about 20 minutes. When the haze rate of the porous semiconductor layer was measured, the haze rate was 84% (when using a comparative dye) and 85% (when using the metal complex dye of the present invention).
다음으로, 3-메톡시프로피오니트릴 용매에, 디메틸프로필 이미다졸륨 요오다이드가 농도 0.5 몰/L, 요오드화 리튬이 농도 0.1 몰/L, 요오드가 농도 0.05 몰/L 가 되도록 용해시켜, 산화 환원성 전해질을 제조했다. 제 1 색소와 제 2 색소를 흡착시킨 다공질 반도체층 (3) 을 구비한 유리 기판 (1) 의 다공질 반도체층 (3) 측과, 대전극층 (8) 으로서 백금을 갖는 ITO 유리판으로 이루어진 대전극 측의 지지체 (20) 의 백금 측을 대향하도록 설치하고, 양 측 사이의 공간에 제조한 산화 환원성 전해질을 주입하고, 주위를 에폭시계 수지의 밀봉제 (9) 로 밀봉하여, 색소 증감 태양전지를 완성시켰다.Next, dimethylpropyl imidazolium iodide is dissolved in a 3-methoxypropionitrile solvent so that the concentration is 0.5 mol / L, lithium iodide is 0.1 mol / L, and iodine is 0.05 mol / L, and oxidized. A reducing electrolyte was prepared. The counter electrode side which consists of the porous semiconductor layer 3 side of the glass substrate 1 provided with the porous semiconductor layer 3 which adsorb | sucked the 1st pigment | dye and the 2nd pigment | dye, and the ITO glass plate which has platinum as a counter electrode layer 8. The platinum side of the support body 20 of the supporter 20 was installed so as to face each other, the prepared redox electrolyte was injected into the space between both sides, and the surroundings were sealed with an epoxy resin sealant 9 to complete the dye-sensitized solar cell. I was.
제 2 층 다공질 반도체층을 제 1 다공질 반도체층과 같은 층으로 형성하는 것, 보다 구체적으로는 제 1 다공질 반도체층을 형성하는 산화 티탄 현탁액을 이용해 제 2 층 다공질 반도체층을 형성하는 것 이외에는, 산화 티탄 막 1 과 같은 방식으로 하여 산화 티탄 막 2 를 제조하고, 이를 이용하여 동일하게 하여 태양전지를 제조하여, 평가했다. 다공질 광전 변환 층의 헤이즈율은 15% (비교 색소를 사용했을 경우), 및 16% (본 발명의 금속 착물 색소를 사용했을 경우) 였다.Oxidation is performed except that the second layer porous semiconductor layer is formed of the same layer as the first porous semiconductor layer, more specifically, the second layer porous semiconductor layer is formed using a titanium oxide suspension forming the first porous semiconductor layer. The titanium oxide film 2 was produced in the same manner as the titanium film 1, and the solar cell was manufactured and evaluated in the same manner using the same. The haze rate of the porous photoelectric conversion layer was 15% (when using a comparative dye), and 16% (when using the metal complex dye of the present invention).
얻어진 태양전지를 측정 조건: AM-1.5 (100 mW/cm2) 에 따라 평가한 결과를 표 14 에 나타냈다. 결과는, 변환 효율이 3.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 2.5% 이상 3.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 2.0% 이상 2.5% 미만의 것을 △ 으로; 변환 효율이 2.0% 미만의 것을 × 로서 평가했다.Table 14 shows the results of evaluating the obtained solar cell according to the measurement conditions: AM-1.5 (100 mW / cm 2 ). The results show that the conversion efficiency is 3.5% or more; Conversion efficiency is 2.5% or more and less than 3.5% to o; Conversion efficiency is 2.0% or more and less than 2.5% by?; The conversion efficiency evaluated less than 2.0% as x.
[표 14] [Table 14]
본 발명의 금속 착물 색소는 광전 변환 효율이 우수하고, 이 계에서도 유효하다는 것을 알았다.It was found that the metal complex dye of the present invention is excellent in photoelectric conversion efficiency and effective in this system.
<실험 17>Experiment 17
시판의 산화 티탄 입자 (TAYCA Corporation 제조, 평균 입경 20 nm) 4.0 g 및 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 20 mL 를, 경질 유리 비즈를 사용하여 페인트 쉐이커에 의해 6 시간 동안 분산시킨 후, 비즈를 제거하고, 산화 티탄 현탁액을 제조했다. 다음으로, 이 산화 티탄 현탁액을 미리 산화 주석 도전층을 부착시킨 유리판 (전극층) 에 닥터 블레이드를 이용해 도포하고, 100 ℃ 에서 30 분 동안 유리판을 예비 건조한 후, 전기로에서 500 ℃ 에서 40 분 동안 소성하여, 유리판 상에 산화 티탄 막 (반도체 재료) 을 형성했다. 이와는 별도로, 본 발명의 증감 색소 또는 비교 색소를 에탄올에 용해하여 광증감 색소 용액을 얻었다.4.0 g of commercially available titanium oxide particles (TAYCA Corporation, average particle diameter 20 nm) and 20 mL of diethylene glycol monomethyl ether were dispersed for 6 hours with a paint shaker using hard glass beads, and then the beads were removed, Titanium oxide suspension was prepared. Next, this titanium oxide suspension was applied to a glass plate (electrode layer) to which a tin oxide conductive layer was previously attached using a doctor blade, preliminarily dried at 100 ° C. for 30 minutes, and then calcined at 500 ° C. in an electric furnace for 40 minutes. The titanium oxide film (semiconductor material) was formed on the glass plate. Separately, the sensitizing dye or the comparative dye of the present invention was dissolved in ethanol to obtain a photosensitizing dye solution.
이 광증감 색소 용액의 농도는 5×10-4 몰/L 였다. 다음으로, 이 용액 중에, 막 형상의 산화 티탄이 형성된 상기한 유리판을 넣어 60 ℃ 에서 60 분 동안 색소 흡착을 실시한 후, 건조하였다. 이에 의해, 유리판 상에 반도체 재료 및 광증감 색소로 이루어진 광전 변환 층을 형성했다 (시료 A). 상기 시료 A 의 광전 변환 층 상에, 정공 수송 재료로서의 폴리비닐카르바졸 (질량 평균 분자량 3,000) 의 톨루엔 용액 (1%) 을 도포하고, 감압 건조하여, 정공 수송층을 형성했다 (시료 B). 분자간 전하 이동 착물로서의 에틸카르바졸 1.95 g 및 5-니트로나프토퀴논 2.03 g 을 100 mL 의 아세톤에 용해하고, 얻어진 용액을 시료 B 의 정공 수송층 상에 반복 도포하여 전도층을 형성했다. 다음으로, 그 전도층 상에 금 전극 (대전극) 을 증착하여, 광전 변환 소자를 얻었다 (시료 C). 얻어진 광전 변환 소자 (시료 C) 에 솔라 시뮬레이터에 의해 100 W/m2 의 강도의 광을 조사했다. 결과를 표 15 에 나타낸다. 결과는, 변환 효율이 1.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 1.0% 이상 1.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 0.5% 이상 1.0% 미만의 것을 △ 으로; 변환 효율이 0.5% 미만의 것을 × 로서 평가했다.The density | concentration of this photosensitizer dye solution was 5x10 <-4> mol / L. Next, the above-mentioned glass plate in which the film-shaped titanium oxide was formed was put in this solution, and the pigment | dye adsorption was performed for 60 minutes at 60 degreeC, and it dried. This formed the photoelectric conversion layer which consists of a semiconductor material and a photosensitizing dye on the glass plate (sample A). The toluene solution (1%) of polyvinylcarbazole (mass average molecular weight 3,000) as a hole transport material was apply | coated on the photoelectric conversion layer of the said sample A, and it dried under reduced pressure, and formed the hole transport layer (sample B). 1.95 g of ethylcarbazole and 2.03 g of 5-nitronaphthoquinone as intermolecular charge transfer complexes were dissolved in 100 mL of acetone, and the resulting solution was repeatedly applied onto the hole transport layer of Sample B to form a conductive layer. Next, a gold electrode (counter electrode) was deposited on the conductive layer to obtain a photoelectric conversion element (sample C). The light of intensity | strength of 100 W / m <2> was irradiated to the obtained photoelectric conversion element (sample C) by the solar simulator. The results are shown in Table 15. The results show that the conversion efficiency is 1.5% or more; Conversion efficiency is 1.0% or more and less than 1.5% to o; Conversion efficiency is 0.5% or more and less than 1.0% to Δ; The conversion efficiency evaluated less than 0.5% as x.
[표 15] TABLE 15
본 발명의 금속 착물 색소는 광전 변환 효율이 우수하고, 이 계에서도 또한 유효하다는 것을 알았다.It was found that the metal complex dye of the present invention is excellent in photoelectric conversion efficiency and also effective in this system.
<실시예 18> ≪ Example 18 >
(1) 제 1 광전 변환 층의 형성(1) formation of the first photoelectric conversion layer
시판의 산화 티탄 입자 (TAYCA Corporation 제조, 평균 입경 30 nm) 4.0 g 및 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 20 mL 를, 경질 유리 비즈를 사용하여 페인트 쉐이커에 의해 6 시간 동안 분산시킨 후, 비즈를 제거하여, 산화 티탄 현탁액을 제조했다. 다음으로, 상기 산화 티탄 현탁액을 미리 산화 주석 도전층을 부착시킨 유리판에 닥터 블레이드를 이용해 도포하고, 유리판을 100 ℃ 에서 30 분 동안 예비 건조한 후, 전기로에서 500 ℃ 에서 40 분 동안 소성하여, 산화 티탄 막 부착 유리판을 얻었다.4.0 g of commercially available titanium oxide particles (manufactured by TAYCA Corporation, average particle diameter of 30 nm) and 20 mL of diethylene glycol monomethyl ether were dispersed for 6 hours with a paint shaker using hard glass beads, and then the beads were removed, Titanium oxide suspension was prepared. Next, the titanium oxide suspension was applied to the glass plate to which the tin oxide conductive layer was previously attached using a doctor blade, and the glass plate was preliminarily dried at 100 ° C. for 30 minutes, and then calcined at 500 ° C. in an electric furnace for 40 minutes. A glass plate with a film was obtained.
이와는 별도로, 하기 S-3 으로 나타내는 색소 [시스-디티오시아닌-N-비스(2,2'-바이피리딜-4,4'-디카르복실산)루테늄] 을 에탄올에 용해했다.Separately, the dye [cis-dithiocyanine-N-bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid) ruthenium] represented by S-3 below was dissolved in ethanol.
또한, S-3 의 THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용액 중에서의 가장 장파측의 최대 흡수 파장은 552 nm 였다. In addition, the maximum absorption wavelength of the longest wave side in the THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solution of S-3 was 552 nm.
이 색소의 농도는 3×10-4 몰/L 였다. 다음으로, 이 용액 중에 막 형상의 산화 티탄을 형성한 상기의 유리판을 넣어 60 ℃ 에서 720 분 동안 색소 흡착을 실시한 후, 건조시켜, 본 발명의 제 1 광전 변환 층 (시료 A) 을 얻었다.The density | concentration of this pigment | dye was 3x10 <-4> mol / L. Next, after putting the said glass plate in which the film-form titanium oxide was formed in this solution, and performing pigment | dye adsorption for 720 minutes at 60 degreeC, it dried and obtained the 1st photoelectric conversion layer (sample A) of this invention.
(2) 제 2 광전 변환 층의 형성(2) formation of the second photoelectric conversion layer
시판의 산화 니켈 입자 (Kishida Chemical Co., Ltd. 제조, 평균 입경 100 nm) 4.0 g 및 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 20 mL 를, 유리 비즈를 사용하여 페인트 쉐이커로 8 시간 동안 분산시킨 후, 비즈를 제거하여, 산화 니켈 현탁액을 제조했다. 다음으로, 이 산화 니켈 현탁액을 산화 주석 도전층을 부착시킨 유리판에 닥터 블레이드를 이용해 도포하고, 유리판을 100 ℃ 에서 30 분 동안 예비 건조한 후, 300 ℃ 에서 30 분 동안 소성하여, 산화 니켈막 부착 유리판을 얻었다.4.0 g of commercially available nickel oxide particles (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., average particle diameter: 100 nm) and 20 mL of diethylene glycol monomethyl ether were dispersed in a paint shaker using glass beads for 8 hours, and then the beads were It was removed to prepare a nickel oxide suspension. Next, this nickel oxide suspension is applied to a glass plate to which a tin oxide conductive layer is attached using a doctor blade, the glass plate is pre-dried at 100 ° C. for 30 minutes, and then calcined at 300 ° C. for 30 minutes, and the glass plate with a nickel oxide film Got.
이와는 별도로, 본 발명의 금속 착물 색소 또는 비교 색소를 디메틸 술폭시드에 용해했다.Separately, the metal complex dye or comparative dye of the present invention was dissolved in dimethyl sulfoxide.
여기서, 사용한 색소의 THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용액 중에서의 가장 장파측의 최대 흡수 파장은 본 발명의 금속 착물 색소 D-1-1a 의 경우 568 nm, 본 발명의 금속 착물 색소 D-1-1b 의 경우 568 nm, 비교 색소 A 의 경우 552 nm 였다. Here, the maximum absorption wavelength of the longest wave side in the THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solution of the used dye is 568 nm in the case of the metal complex dye D-1-1a of the present invention. And 568 nm and 552 nm for Comparative D, in the metal complex dye D-1-1b of the present invention.
색소의 농도는 1×10-4 몰/L 였다. 다음으로, 이 용액 중에 막 형상의 산화 니켈을 형성한 유리판을 넣어 70 ℃ 에서 60 분 동안 색소 흡착을 실시한 후, 건조하여, 본 발명의 제 2 광전 변환 층 (시료 B) 을 얻었다.The density | concentration of the pigment | dye was 1 * 10 <-4> mol / L. Next, after putting the glass plate which formed the film-form nickel oxide in this solution, and performing pigment | dye adsorption for 60 minutes at 70 degreeC, it dried and obtained the 2nd photoelectric conversion layer (sample B) of this invention.
(3) 상기한 시료 A 상에 시료 B 를 위치시킨다. 이들 두 전극 사이에 액상 전해질을 넣고, 그 측면을 수지로 밀봉한 후, 리드 선을 장착하여, 본 발명의 광전 변환 소자 (소자 구성 C) 를 제조했다. 여기서, 액상 전해질은, 아세토니트릴/탄산 에틸렌의 혼합 용매 (체적비가 1:4) 에, 테트라프로필암모늄 요오다이드 및 요오드를, 각각의 농도가 0.46 몰/L 및 0.06 몰/L 가 되도록 용해하여 사용했다.(3) Place sample B on sample A described above. After putting a liquid electrolyte between these two electrodes, sealing the side surface with resin, the lead wire was attached and the photoelectric conversion element (element structure C) of this invention was manufactured. Here, the liquid electrolyte is dissolved in a mixed solvent of acetonitrile / ethylene carbonate (volume ratio of 1: 4) so that the concentrations of tetrapropylammonium iodide and iodine are 0.46 mol / L and 0.06 mol / L, respectively. Used.
상기한 시료 A 를 한 쪽 전극으로서 구비하고, 대전극으로서 백금을 담지한 투명 도전성 유리판을 사용하였다. 두 전극 사이에 액상 전해질을 넣고, 그 측면을 수지로 밀봉한 후, 리드 선을 장착하여, 본 발명의 비교용 광전 변환 소자 (소자 구성 D) 를 제조했다.The transparent conductive glass plate equipped with said sample A as one electrode and carrying platinum as a counter electrode was used. After putting a liquid electrolyte between two electrodes, sealing the side surface with resin, the lead wire was attached and the comparative photoelectric conversion element (element structure D) of this invention was manufactured.
얻어진 광전 변환 소자 (시료 C 및 시료 D) 에 솔라 시뮬레이터로 100 W/m2 의 강도의 광을 조사했다. 결과는, 변환 효율이 6.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 6.0% 이상 6.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 5.0% 이상 6.0% 미만의 것을 △ 으로; 변환 효율이 5.0% 미만의 것을 × 로서 평가했다.The light of intensity | strength of 100 W / m <2> was irradiated to the obtained photoelectric conversion element (sample C and sample D) by the solar simulator. The results show that the conversion efficiency is 6.5% or more; Conversion efficiency is 6.0% or more and less than 6.5% to o; Conversion efficiency is 5.0% or more and less than 6.0% by?; The conversion efficiency evaluated less than 5.0% as x.
[표 16][Table 16]
본 발명의 색소는 광전 변환 효율이 우수하고, 이 계에서도 또한 유효하다는 것을 알았다.It was found that the dye of the present invention is excellent in photoelectric conversion efficiency and also effective in this system.
<실험 19>Experiment 19
JP-A-2001-210390 호에 기재된 고분자 전해질을 사용하여 제조한 색소 증감 태양전지를 제조한 예에 대해 설명한다. The example which manufactured the dye-sensitized solar cell manufactured using the polymer electrolyte of JP-A-2001-210390 is demonstrated.
산화 티탄 막을 제조하는 도포액으로서, 시판의 산화 티탄 입자 (TAYCA Corporation 제조, 상품명 AMT-600, 아나타제형 결정, 평균 입경 30 nm, 및 비표면적 50 m2/g) 4.0 g 및 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 20 mL 를 유리 비즈를 사용해 페인트 쉐이커로 7 시간 동안 분산시킨 후, 비즈를 제거하여, 산화 티탄 현탁액을 제조했다. 이 산화 티탄 현탁액을 닥터 블레이드를 이용해 약 11 μm 의 막 두께 및 약 10 mm ×10 mm 의 면적으로, SnO2 를 투명 도전막으로서 유리 기판 (1) 상에 제조한 기판 위의 투명 도전막 측에 도포하고, 유리판을 100 ℃ 에서 30 분 동안 예비 건조하고, 460 ℃ 에서 40 분 동안 산소 하에 소성했다. 그 결과, 막 두께가 약 8 μm 인 산화 티탄 막 A 를 제조했다.As a coating liquid for producing a titanium oxide film, 4.0 g of commercially available titanium oxide particles (manufactured by TAYCA Corporation, trade name AMT-600, anatase type crystals, average particle diameter of 30 nm, and specific surface area of 50 m 2 / g) and diethylene glycol monomethyl Titanium oxide suspension was prepared by dispersing 20 mL of ether with glass beads for 7 hours with a paint shaker and then removing the beads. This titanium oxide suspension was used with a doctor blade to provide a film thickness of about 11 μm and an area of about 10 mm × 10 mm to the transparent conductive film side on the substrate prepared on the glass substrate 1 as SnO 2 as a transparent conductive film. It was applied and the glass plate was pre-dried at 100 ° C. for 30 minutes and calcined at 460 ° C. for 40 minutes under oxygen. As a result, a titanium oxide film A having a film thickness of about 8 μm was produced.
다음으로, 본 발명의 금속 착물 색소 또는 비교 색소를 무수 에탄올에 농도 3×10-4 몰/L 로 용해하여, 흡착용 색소 용액을 제조했다. 이 흡착용 색소 용액 및 상기한 바와 같이 얻어진 산화 티탄 막과 투명 도전막을 구비한 투명 기판을, 각각 용기에 넣어 40 ℃ 에서 약 4 시간 동안 색소를 침투시킴으로써 색소를 흡착시켰다. 그 후, 기판을 무수 에탄올로 수 차례 세정하고, 약 60 ℃ 에서 약 20 분 동안 건조시켰다.Next, the metal complex dye or comparative dye of the present invention was dissolved in anhydrous ethanol at a concentration of 3 × 10 −4 mol / L to prepare a dye solution for adsorption. The pigment | dye was made to adsorb | suck the pigment | dye by adsorb | sucking this pigment | dye solution for adsorption and the transparent substrate provided with the titanium oxide film | membrane obtained above and a transparent conductive film, respectively, for about 4 hours at 40 degreeC. The substrate was then washed several times with anhydrous ethanol and dried at about 60 ° C. for about 20 minutes.
다음으로, 식 (P) 로 나타내는 고분자 화합물의 메타크릴레이트계 단량체 단위 중에서, R 로서 메틸기를, A 로서 8 개의 폴리에틸렌 옥사이드기 및 2 개의 폴리프로필렌 옥사이드기를 함유하는 중심핵을 갖는 부탄테트라일기로 이루어지는 단량체 단위를 사용했다.Next, in the methacrylate monomer unit of the high molecular compound represented by Formula (P), the monomer which consists of a butane tetrayl group which has a central nucleus containing methyl group as R and 8 polyethylene oxide groups and 2 polypropylene oxide groups as A. Used units.
식 (P) 중, R 은 메틸기를 나타내고, A 는 탄소 원자를 통해 에스테르기와 결합되어 있는 잔기를 나타내고, n 은 2 내지 4 를 나타낸다.In formula (P), R represents a methyl group, A represents the residue couple | bonded with the ester group via a carbon atom, n represents 2-4.
이 단량체 단위를 프로필렌 카보네이트 (이하, PC 라고 기재함) 에 20 질량% 의 농도로 용해하고, 열 중합을 위한 중합 개시제로서 아조비스이소부티로니트릴 (AIBN) 을 단량체 단위에 대해 1 질량% 의 농도로 용해하여, 단량체 용액을 제조했다. 이 단량체 용액을 산화 티탄 막에 함침시키는 순서에 대해 이하에 나타낸다.This monomer unit is dissolved in propylene carbonate (hereinafter referred to as PC) at a concentration of 20% by mass, and azobisisobutyronitrile (AIBN) is used at a concentration of 1% by mass relative to the monomer unit as a polymerization initiator for thermal polymerization. It melt | dissolved in and prepared the monomer solution. The procedure for impregnating the monomer solution into the titanium oxide film is shown below.
진공 용기 내에 비커 등의 용기를 설치하고, 그 용기에 상기한 투명 도전막을 구비하는 색소를 흡착시킨 투명 기판 상의 산화 티탄 막 A 를 넣고, 진공 용기를 로터리 펌프로 약 10 분 동안 진공을 걸었다. 진공 용기 내측을 진공 상태로 유지하면서 단량체 용액을 비커 안에 주입하여, 약 15 분 동안 단량체 용액을 그에 함침시켜, 산화 티탄에 단량체 용액이 충분히 스며들게 하였다. 폴리에틸렌제 세퍼레이터, PET 필름 및 압착판을 설치하고, 지그로 고정시켰다. 그 후, 약 85 ℃ 에서 30 분 동안 가열함으로써, 열 중합시켜 고분자 화합물을 제조했다.A container such as a beaker was installed in the vacuum container, and the titanium oxide film A on the transparent substrate on which the dye having the transparent conductive film was adsorbed was placed in the container, and the vacuum container was vacuumed for about 10 minutes with a rotary pump. The monomer solution was injected into the beaker while maintaining the inside of the vacuum vessel in a vacuum state, and the monomer solution was impregnated for about 15 minutes, so that the monomer solution was sufficiently infiltrated with titanium oxide. The polyethylene separator, PET film, and compression plate were installed and fixed with a jig. Thereafter, the mixture was heated at about 85 ° C. for 30 minutes to thermally polymerize to prepare a high molecular compound.
다음으로, 고분자 화합물에 함침시키는 산화 환원성 전해질을 제조했다. 산화 환원성 전해질은, 폴리카보네이트 (PC) 를 용매로서 이용하여 요오드화 리튬이 농도 0.5 몰/L, 요오드가 농도 0.05 몰/L 가 되도록 용해시켜 제조했다. 이 용액 중에 상기 서술한 산화 티탄 막 A 상에 제조한 고분자 화합물을 약 2 시간 동안 침지시켜 고분자 화합물 중에 산화 환원성 전해질을 스며들게 하여, 고분자 전해질을 제조했다.Next, a redox electrolyte to be impregnated with the high molecular compound was prepared. The redox electrolyte was produced by dissolving lithium iodide in a concentration of 0.5 mol / L and iodine in a concentration of 0.05 mol / L using polycarbonate (PC) as a solvent. In this solution, the polymer compound prepared on the above-described titanium oxide film A was immersed for about 2 hours to infiltrate the redox electrolyte in the polymer compound to prepare a polymer electrolyte.
그 후, 백금 막을 구비한 도전성 기판을 설치하고, 에폭시계 밀봉제로 주위를 밀봉하여, 소자 A 를 제조했다.Then, the electrically conductive substrate provided with the platinum film was provided, the circumference was sealed with the epoxy type sealing agent, and the element A was manufactured.
또한, 산화 티탄 막 A 에 색소를 흡착시킨 후, 전술한 바와 같은 단량체 함침 처리를 실시하지 않았지만, 폴리카보레이트 (PC) 를 용매로서 이용하여 요오드화 리튬이 농도 0.5 몰/L, 요오드가 농도 0.05 몰/L 가 되도록 용해시켜 제조한 산화 환원 전해질을 그대로 대전극과의 사이에 주입하여 소자 B 를 제조했다. 소자 A 및 소자 B 에, 솔라 시뮬레이터로 1,000 W/m2 의 강도의 광을 조사했다. 결과를 표 17 에 나타낸다. 결과는, 변환 효율이 3.5% 이상의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 2.5% 이상 3.5% 미만의 것을 ○ 으로; 변환 효율이 2.0% 이상 2.5% 미만의 것을 △ 으로; 변환 효율이 2.0% 미만의 것을 × 로서 평가했다.In addition, after adsorb | sucking a pigment | dye to the titanium oxide film A, although the monomer impregnation process mentioned above was not performed, lithium iodide concentration 0.5 mol / L and iodide concentration 0.05 mol using polycarborate (PC) as a solvent. The redox electrolyte prepared by dissolving to / L was directly injected into the counter electrode to prepare the device B. The light of intensity | strength of 1,000 W / m <2> was irradiated to the element A and the element B by the solar simulator. The results are shown in Table 17. The results show that the conversion efficiency is 3.5% or more; Conversion efficiency is 2.5% or more and less than 3.5% to o; Conversion efficiency is 2.0% or more and less than 2.5% by?; The conversion efficiency evaluated less than 2.0% as x.
[표 17] TABLE 17
표 17 로부터, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용하여 제조한 시료는 광전 변환 효율이 우수하고, 상기 색소는 이 계에서도 또한 유효하다는 것을 알 수 있다.From Table 17, it turns out that the sample manufactured using the metal complex dye of this invention is excellent in photoelectric conversion efficiency, and the said pigment is also effective also in this system.
<실험 20>Experiment 20
(광전 변환 소자의 제조)(Fabrication of photoelectric conversion element)
도 1 에 나타내는 광전 변환 소자를 이하와 같이 하여 제조했다. The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 was manufactured as follows.
유리 기판 상에, 투명 도전막으로서 불소를 도핑한 산화 주석을 스퍼터링에 의해 형성하고, 이 막을 레이저로 스크라이빙하여, 투명 도전막을 2 개의 부분으로 분할했다.Tin oxide doped with fluorine as a transparent conductive film was formed on the glass substrate by sputtering, this film was scribed with a laser, and the transparent conductive film was divided into two parts.
다음으로, 물과 아세토니트릴의 체적비 4:1 로 형성된 혼합 용매 100 mL 에 아나타제형 산화 티탄 (Nippon Aerosil Co., Ltd. 제조의 P-25 (상품명)) 32 g 을 첨가하고, 그 혼합물을 자전/공전 병용식의 믹싱 컨디셔너를 사용해 균일하게 분산 및 혼합하여, 반도체 미립자 분산액을 얻었다. 이 분산액을 투명 도전막에 도포하고, 500 ℃ 에서 가열하여, 수광 전극을 제조했다.Next, 32 g of anatase type titanium oxide (P-25 (trade name) manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) was added to 100 mL of a mixed solvent formed with a volume ratio of water and acetonitrile 4: 1, and the mixture was rotated. It disperse | distributed and mixed uniformly using the mixing conditioner of / combined use type, and the semiconductor fine particle dispersion liquid was obtained. This dispersion liquid was apply | coated to the transparent conductive film, and it heated at 500 degreeC, and manufactured the light receiving electrode.
그 후, 동일하게 하여 실리카 입자 및 루틸형 이산화 티탄을 40:60 (질량비) 으로 함유하는 분산액을 제조하고, 이 분산액을 상기한 수광 전극에 도포하고, 500 ℃ 에서 가열하여, 절연성 다공체를 형성했다. 다음으로, 대전극으로서 탄소 전극을 형성했다. Thereafter, a dispersion liquid containing silica particles and rutile titanium dioxide at 40:60 (mass ratio) was produced in the same manner, and the dispersion liquid was applied to the above-described light receiving electrode and heated at 500 ° C to form an insulating porous body. . Next, a carbon electrode was formed as a counter electrode.
다음으로, 하기 표 18 에 기재된 증감 색소 (복수 색소의 조합 또는 단독) 의 에탄올 용액에, 상기한 절연성 다공체가 형성된 유리 기판을 5 시간 동안 침지했다. 증감 색소가 염색된 유리 기판을 4-tert-부틸피리딘의 10% 에탄올 용액에 30 분 동안 침지한 후, 에탄올로 세정하고, 자연 건조시켰다. 이와 같이 하여 얻어진 감광층의 두께는 10 μm 이며, 반도체 미립자의 도포량은 20 g/m2 였다. 전해질로는, 요오드화 디메틸프로필이미다졸륨 (0.5 몰/L) 및 요오드 (0.1 몰/L) 를 함유하는 메톡시프로피오니트릴 용액을 사용했다.Next, the glass substrate in which the said insulating porous body was formed was immersed for 5 hours in the ethanol solution of the sensitizing dye (combination of multiple dyes or individual) shown in following Table 18. The glass substrate stained with the sensitizing dye was immersed in a 10% ethanol solution of 4-tert-butylpyridine for 30 minutes, then washed with ethanol and naturally dried. The thickness of the photosensitive layer thus obtained was 10 μm, and the coating amount of the semiconductor fine particles was 20 g / m 2 . As the electrolyte, a methoxypropionitrile solution containing iodine dimethylpropylimidazolium (0.5 mol / L) and iodine (0.1 mol / L) was used.
여기서, 사용한 색소의 THF/물 (= 6:4, 트리플루오로아세트산 0.1 v/v%) 용액 중에서의 가장 장파측의 최대 흡수 파장은, 증감 색소 F 의 경우 581 nm, 증감 색소 G 의 경우 581 nm, 증감 색소 H 의 경우 776 nm 였다.Here, the maximum absorption wavelength at the longest wave side in the THF / water (= 6: 4, trifluoroacetic acid 0.1 v / v%) solution of the used dye was 581 nm for the sensitizing dye F and 581 for the sensitizing dye G. nm and the sensitizing dye H were 776 nm.
(광전 변환 효율의 측정)(Measurement of Photoelectric Conversion Efficiency)
500 W 크세논 램프 (Ushio, Inc. 제조) 의 광을 AM1.5 G 필터 (Oriel Instruments Corp. 제조) 및 샤프 컷 필터 (Kenko L-42, 상품명) 를 통과시켜 자외선을 포함하지 않는 유사 태양광을 발생시켰다. 이 광의 강도는 89 mW/cm2 였다. 제조한 광전 변환 소자에 이 광을 조사하고, 이와 같이 하여 발생한 전기를 전류 전압 측정 장치 (Keithley-238 형, 상품명) 로 측정했다. 이와 같이 하여 구한 광전기화학 전지의 변환 효율을 측정한 결과를 하기 표 18 에 나타낸다. 결과는, 변환 효율이 8.5% 이상의 것을 ☆ 으로; 변환 효율이 7.5% 이상 8.5% 미만의 것을 ⊙ 으로; 변환 효율이 7.3% 이상 7.5% 미만인 것을 ○ 으로; 변환 효율이 7.1% 이상 7.3% 미만의 것을 △ 으로; 변환 효율이 7.1% 미만의 것을 × 로서 평가했다.The light of a 500 W xenon lamp (manufactured by Ushio, Inc.) is passed through an AM1.5 G filter (manufactured by Oriel Instruments Corp.) and a sharp cut filter (Kenko L-42, trade name) to provide similar sunlight that does not contain ultraviolet light. Generated. The intensity of this light was 89 mW / cm 2 . This light was irradiated to the produced photoelectric conversion element, and the electricity generated in this way was measured by the current-voltage measuring device (Keithley-238 type, brand name). Table 18 shows the results of measuring the conversion efficiency of the photoelectrochemical cell thus obtained. The results show that the conversion efficiency is 8.5% or more; ⊙ the conversion efficiency is 7.5% or more and less than 8.5%; ○ that conversion efficiency is 7.3% or more and less than 7.5%; Conversion efficiency is 7.1% or more and less than 7.3% to?; The conversion efficiency evaluated less than 7.1% as x.
[표 18] [Table 18]
증감 색소 F 내지 H 의 구조를 이하에 나타낸다.The structures of the sensitizing dyes F to H are shown below.
표 18 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 색소를 이용하여 제조한 전기화학 전지는, 본 발명의 금속 착물 색소를 다른 색소들과 조합하여 사용한 경우, 변환 효율이 7.5% 이상으로 높은 값을 나타냈다. 반면, 본 발명의 금속 착물 색소를 이용하지 않은 비교예에 따르면, 다른 색소들과 조합하여 사용한 경우라도 변환 효율이 7.3% 미만으로 낮았다.As shown in Table 18, the electrochemical battery manufactured using the pigment | dye of this invention showed the high conversion efficiency of 7.5% or more, when the metal complex dye of this invention was used in combination with other pigment | dye. On the other hand, according to the comparative example which does not use the metal complex dye of this invention, even when it used in combination with other pigment | dye, conversion efficiency was low as less than 7.3%.
<실험 21>
<실험 11> 의 색소를 흡착시킨 산화 티탄 미립자층 (전극 A) 의 제조 방법을, 에탄올에 색소를 농도 1×10-4 mol/L 가 되도록 용해하고 에탄올에 상기한 공흡착제를 0.3×10-4 mol 내지 30×10-4 mol 의 범위가 되도록 용해시킨 액으로 조정하고, 공흡착제를 사용하지 않고 색소만 용해시킨 액으로 조정하여, 각 전극을 3 시간 동안 침지하는 방법으로 변경한 것 이외에는 동일하게 하여, 색소 증감 태양전지를 제조하여, 광전 변환 효율을 측정했다.The manufacturing method of the titanium oxide fine particle layer (electrode A) which adsorb | sucked the pigment | dye of <Experiment 11> was melt | dissolved in ethanol so that a density | concentration may be 1x10 <-4> mol / L, and the co-adsorbent mentioned above in ethanol was 0.3x10 <->. It was adjusted to the solution dissolved in the range of 4 mol to 30x10 -4 mol, and adjusted to the solution in which only the pigment was dissolved without using a coadsorbent, and the same except that the electrode was immersed for 3 hours. The dye-sensitized solar cell was produced, and the photoelectric conversion efficiency was measured.
각 색소 증감 태양전지의 변환 효율 (η), 85 ℃ 에서 1,000 시간 동안 암소 보존 후의 변환 효율의 저하율, 및 500 시간 동안 연속 광 조사 후의 변환 효율의 저하율을 하기 표 19 에 나타낸다.The conversion efficiency (η) of each dye-sensitized solar cell, the reduction rate of conversion efficiency after dark storage at 1,000 ° C. for 1,000 hours, and the reduction rate of conversion efficiency after continuous light irradiation for 500 hours are shown in Table 19 below.
[표 19] TABLE 19
표 19 로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 금속 착물 색소를 사용한 시료는 광전 변환 효율 및 내구성이 우수하고, 공흡착제의 사용에 의해 변환 효율 및 내구성이 향상됨이 확인되고, 이 계에서도 또한 유효하다는 것을 알았다.As is apparent from Table 19, it was confirmed that the sample using the metal complex dye of the present invention was excellent in photoelectric conversion efficiency and durability, and the conversion efficiency and durability were improved by the use of a coadsorbent, and it was also found that it is also effective in this system. .
본 발명을 본 구현예들을 들어 설명했지만, 달리 지시하지 않는 한, 본 발명은 설명의 상세내용의 어떠한 것에도 한정되지 않으며, 다만 첨부하는 청구범위에 나타낸 그 정신 및 범위 내에서 폭넓게 해석되는 것으로 의도된다. Although the present invention has been described with reference to the present embodiments, unless otherwise indicated, the invention is not limited to any of the details of the description, but is intended to be interpreted broadly within the spirit and scope shown in the appended claims. do.
본 정식 출원은, 2010 년 6 월 2 일에 일본에서 출원된 일본특허출원 2010-127308 호, 및 2011 년 5 월 13 일에 일본에서 출원된 일본특허출원 2011-108469 호에 대해 35 U.S.C §199 (a) 하에서 우선권을 주장하며, 이들은 모두 여기에 참조에 의해 내용 전부를 받아들이고 있다.This formal application is directed to 35 USC §199 (Japanese Patent Application No. 2010-127308, filed in Japan on June 2, 2010, and Japanese Patent Application No. 2011-108469, filed in Japan on May 13, 2011). Priority is claimed under a), all of which are hereby incorporated by reference in their entirety.
1 도전성 지지체
2 감광체층
21 색소 (증감 색소)
22 반도체 미립자
3 전하 이동층
4 대전극
5 수광 전극
6 외부 회로
10 광전 변환 소자
100 광전기화학 전지 1 conductive support
2 photosensitive layer
21 pigment (sensitizing dye)
22 Semiconductor Fine Particles
3 charge transfer layer
4 electrodes
5 light receiving electrode
6 external circuit
10 photoelectric conversion element
100 Photoelectrochemical Cells
Claims (20)
[식 중,
R1 및 R2 는 각각 독립적으로 하기 식 (II) 내지 (VIII) 중 어느 것으로 나타내는 기를 나타내고;
L1 및 L2 는 각각 독립적으로 에테닐렌기, 에티닐렌기 및 아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1 종의 기로 이루어진 기를 나타내며, R1 또는 R2 및 바이피리딘과 공액 (conjugation) 하고 있고; 에테닐렌기 및 아릴렌기는 치환되거나 치환되어 있지 않을 수 있고;
R3 및 R4 는 각각 독립적으로 치환기를 나타내고; n1 및 n2 는 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타내고; n1 이 1 이상의 정수인 경우 R3 은 L1 과 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n2 가 1 이상의 정수인 경우 R4 는 L2 와 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n1 이 2 이상의 정수인 경우 R3 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 또는 R3 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n2 가 2 이상의 정수인 경우 R4 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 또는 R4 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n1 및 n2 가 각각 1 이상의 정수인 경우, R3 과 R4 는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;
A1 및 A2 는 각각 독립적으로 산성기 또는 그 염을 나타내고; n3 및 n4 는 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타낸다;
(식 중,
R5, R8, R13, R16 및 R19 는 각각 독립적으로, 각각 치환기를 가질 수 있는 알키닐기 또는 아릴기를 나타내고;
R6, R9 내지 R12, R14, R15, R17, R18, R20 내지 R23, R25, R26 및 R28 내지 R31 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴기, 아릴옥시기, 아릴티오기, 아미노기, 헤테로고리기, 또는 할로겐 원자를 나타내고; R25 및 R26 중 적어도 하나는 알킬기를 나타내고;
R7 은 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬티오기 또는 할로겐 원자를 나타내고;
R6 과 R7, R9 내지 R12 중 어느 것, R14 와 R15, R17 과 R18, R20 내지 R23 중 어느 것, R25 와 R26, 및 R28 내지 R31 중 어느 것은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;
동일 특성기 중에 존재하는 2 개의 R24 및 2 개의 R27 은 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 각각은 수소 원자, 알킬기, 알케닐기 또는 알키닐기를 나타내나, 복수의 R24 또는 복수의 R27 은 서로 결합하여 고리를 형성하지는 않으며;
m1 내지 m6 은 각각 독립적으로 1 내지 5 의 정수를 나타내고;
Y 는 S, O, Se, Te 또는 NR32 를 나타내고; X 는 S, Se, Te 또는 NR32 를 나타내고; R32 는 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알케닐기, 아릴기, 또는 헤테로고리기를 나타낸다)].Metal complex dye containing ligand LL1 which has a structure represented by following formula (I):
[Wherein,
R 1 and R 2 each independently represent a group represented by any one of the following formulas (II) to (VIII);
L 1 and L 2 each independently represent a group consisting of at least one group selected from the group consisting of an ethenylene group, an ethynylene group and an arylene group, and are conjugated with R 1 or R 2 and bipyridine; The ethenylene group and the arylene group may be substituted or unsubstituted;
R 3 and R 4 each independently represent a substituent; n1 and n2 each independently represent an integer of 0 to 3; when n1 is an integer of 1 or more, R 3 may combine with L 1 to form a ring; when n2 is an integer of 1 or more, R 4 may combine with L 2 to form a ring; when n1 is an integer of 2 or more, R 3 may be the same as or different from each other, or R 3 may combine with each other to form a ring; when n2 is an integer of 2 or more, R 4 may be the same or different from each other, or R 4 may combine with each other to form a ring; when n1 and n2 are each an integer of 1 or more, R 3 and R 4 may combine with each other to form a ring;
A 1 and A 2 each independently represent an acid group or a salt thereof; n3 and n4 each independently represent an integer of 0 to 3;
(In the meal,
R 5 , R 8 , R 13 , R 16 and R 19 each independently represent an alkynyl group or an aryl group which may each have a substituent;
R 6 , R 9 to R 12 , R 14 , R 15 , R 17 , R 18 , R 20 to R 23 , R 25 , R 26 and R 28 to R 31 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, An alkynyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group, an amino group, a heterocyclic group, or a halogen atom; At least one of R 25 and R 26 represents an alkyl group;
R 7 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylthio group or a halogen atom;
Any of R 6 and R 7 , R 9 to R 12 , any of R 14 and R 15 , R 17 and R 18 , R 20 to R 23 , any of R 25 and R 26 , and R 28 to R 31 May combine with each other to form a ring;
Two R 24 and two R 27 present in the same group may be the same or different from each other, and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group or an alkynyl group, but a plurality of R 24 or a plurality of R 27 Do not combine with each other to form a ring;
m1 to m6 each independently represent an integer of 1 to 5;
Y represents S, O, Se, Te or NR 32 ; X represents S, Se, Te or NR 32 ; R 32 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkenyl group, an aryl group, or a heterocyclic group).
M(LL1)(LL2)(Z)p·CI 식 (IX)
[식 중, M 은 금속 원자를 나타내고; LL1 은 식 (I) 에서의 LL1 과 동일 의미이고; LL2 는 하기 식 (X) 으로 나타내는 리간드를 나타내고; Z 는 한자리 (monodentate) 또는 두자리 (bidentate) 리간드를 나타내고; p 는 0 내지 2 의 정수를 나타내고;
CI 는 식 (IX) 에서 전하를 중화시키기 위해 카운터 이온이 필요한 경우의 카운터 이온을 나타낸다;
(식 중,
R33 및 R34 는 각각 독립적으로 치환기를 나타내고; n5 및 n6 은 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타내고; n5 가 2 이상의 정수인 경우 R34 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R34 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n6 이 2 이상의 정수인 경우 R33 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R33 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n5 및 n6 이 각각 1 이상의 정수인 경우 R33 과 R34 는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;
A3 및 A4 는 각각 독립적으로 산성기를 나타내고; n7 및 n8 은 각각 독립적으로 1 내지 4 의 정수를 나타낸다)].The metal complex dye according to claim 1 or 2, represented by the following formula (IX):
M (LL1) (LL2) ( Z) p · CI formula (IX)
[Wherein M represents a metal atom; LL1 has the same meaning as LL1 in formula (I); LL2 represents a ligand represented by the following formula (X); Z represents a monodentate or bidentate ligand; p represents an integer of 0 to 2;
CI represents the counter ion when counter ions are needed to neutralize the charge in formula (IX);
(In the meal,
R 33 and R 34 each independently represent a substituent; n5 and n6 each independently represent an integer of 0 to 3; when n5 is an integer of 2 or more, R 34 may be the same as or different from each other, or R 34 may combine with each other to form a ring; when n6 is an integer of 2 or more, R 33 may be the same as or different from each other, or R 33 may be bonded to each other to form a ring; when n5 and n6 are each an integer of 1 or more, R 33 and R 34 may combine with each other to form a ring;
A 3 and A 4 each independently represent an acidic group; n7 and n8 each independently represent an integer of 1 to 4).
[식 중,
A5 및 A6 은 각각 독립적으로 산성기를 나타내고; R35 및 R36 은 각각 독립적으로 치환기를 나타내고; n9 및 n10 은 각각 독립적으로 0 내지 3 의 정수를 나타내고; n9 가 2 이상의 정수인 경우 R35 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R35 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n10 이 2 이상의 정수인 경우 R36 끼리는 서로 동일하거나 상이할 수 있거나 R36 끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고; n9 및 n10 이 각각 1 이상의 정수인 경우 R35 와 R36 은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다].The metal complex dye according to any one of claims 3 to 6, wherein the ligand LL2 is a ligand represented by the following formula (XI):
[Wherein,
A 5 and A 6 each independently represent an acid group; R 35 and R 36 each independently represent a substituent; n9 and n10 each independently represent an integer of 0 to 3; when n9 is an integer of 2 or more, R 35 may be the same as or different from each other, or R 35 may be bonded to each other to form a ring; when n10 is an integer of 2 or more, R 36 may be the same as or different from each other, or R 36 may combine with each other to form a ring; when n9 and n10 are each an integer of 1 or more, R 35 and R 36 may combine with each other to form a ring].
[식 중, A7 및 A8 은 각각 독립적으로 카르복실기 또는 그 염을 나타낸다].The metal complex dye according to any one of claims 3 to 6, wherein the ligand LL2 is a ligand represented by the following formula (XII):
[Wherein, A 7 and A 8 each independently represent a carboxyl group or a salt thereof].
[식 중,
A9, A10, A11, A12, A13 및 A14 는 각각 독립적으로 카르복실기 또는 그 염을 나타내고; R200 및 R203 은 각각 식 (II) 의 R5 와 동일 의미이고; R202, R205, R207, R208, R210, R211, R213 내지 R216 및 R218 내지 R221 은 각각 식 (II) 의 R6 과 동일 의미이고; R207 과 R208 중 적어도 하나는 알킬기이고; R210 과 R211 중 적어도 하나는 알킬기이고;
R201 및 R204 는 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬티오기 또는 할로겐 원자를 나타내고;
R201 과 R202, R204 와 R205, R207 과 R208, R210 과 R211, R213 내지 R216 중 어느 것, 및 R218 내지 R221 중 어느 것은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;
R206 및 R209 는 각각 식 (VII) 의 R24 와 동일 의미이고; R212 및 R217 은 각각 식 (VIII) 의 R27 과 동일 의미이고;
m7 내지 m10 은 각각 독립적으로 1 내지 5 의 정수를 나타내고;
Z 는 한자리 또는 두자리 리간드를 나타내고; q1 내지 q3 은 각각 독립적으로 1 내지 2 의 정수를 나타낸다].The metal complex dye according to any one of claims 3 to 10, wherein the metal complex dye represented by the formula (IX) is represented by any one of the following formulas (XIII) to (XV):
[Wherein,
A 9 , A 10 , A 11 , A 12 , A 13 and A 14 each independently represent a carboxyl group or a salt thereof; R 200 and R 203 each have the same meaning as R 5 in formula (II); R 202 , R 205 , R 207 , R 208 , R 210 , R 211 , R 213 to R 216 and R 218 to R 221 each have the same meaning as R 6 in formula (II); At least one of R 207 and R 208 is an alkyl group; At least one of R 210 and R 211 is an alkyl group;
R 201 and R 204 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylthio group or a halogen atom;
R 201 and R 202 , R 204 and R 205 , R 207 and R 208 , R 210 and R 211 , any of R 213 to R 216 , and any of R 218 to R 221 may combine with each other to form a ring. There is;
R 206 and R 209 each have the same meaning as R 24 in formula (VII); R 212 and R 217 each have the same meaning as R 27 in formula (VIII);
m7 to m10 each independently represent an integer of 1 to 5;
Z represents a single or bidentate ligand; q1 to q3 each independently represent an integer of 1 to 2].
상기 도전성 지지체의 도전성 표면을 피복하도록 배치된 반도체층을 포함하고;
상기 반도체층의 반도체 입자의 표면에 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 금속 착물 색소, 및 1 개의 카르복실기 또는 그 염을 갖는 공흡착제가 담지되어 있는 광전 변환 소자.Conductive support; And
A semiconductor layer disposed to cover the conductive surface of the conductive support;
The photoelectric conversion element in which the metal complex dye in any one of Claims 1-14, and the coadsorption agent which has one carboxyl group or its salt are supported on the surface of the semiconductor particle of the said semiconductor layer.
[식 중, Ra 는 1 개만의 산성기 또는 그 염을 갖는 알킬기를 나타내고; Rb 는 치환기를 나타내고; n 은 0 이상의 정수를 나타내고; n 이 2 이상의 정수인 경우 복수의 Rb 는 서로 동일하거나 상이할 수 있다].19. The photoelectric conversion element according to claim 18, wherein said coadsorbent is represented by the following formula (XVI):
[Wherein Ra represents an alkyl group having only one acidic group or a salt thereof; Rb represents a substituent; n represents an integer of 0 or more; when n is an integer of 2 or more, a plurality of Rb may be the same or different from each other].
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